JP2004069511A - Method and apparatus for automatically measuring tool - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、NCフライス盤又はNCマシニングセンター等のNC工作機械に使用する工具(即ち、刃物)の切削形状、工具の径及び長さを無接触で測定する工具の自動測定方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、NC工作機械(具体的には、NCフライス盤、NCマシニングセンター)において使用される工具として、例えば、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ラディアスエンドミル等があり、これらはその直径や半径で、その切断外形を定義できるので、これらを用いて工作機械にその工具データの入力を行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、工具は使用によって摩耗や破損する場合があり、従来のようなその工具の直径及び特徴部分の半径やその中心位置を定義して工具データを入力するのでは、実際に切削されたワークが、必要とするワークと異なる場合がある。そこで、工具(即ち、刃物)の切削形状を測定し、これをNC工作機械に工具データとして入力するのが好ましいが、特別の装置を必要とするという問題があった。
一方、NC工作機械は一般に外部から工具の動きを制御する入力端子を備えており、更には、対象物にレーザー光を照射しその反射光を利用してその対象物まで距離を正確に測定できるレーザー距離計も一般に知られている。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来のNC工作機械とレーザー距離計を使用し、工具の切削形状、工具の径及び長さを測定する工具の自動測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第1の発明に係る工具の自動測定方法は、NC工作機械の主軸ヘッドに装着された工具の切削外形を、該工具を指向して固定配置されたレーザー距離計を用いて測定する工具の自動測定方法であって、前記NC工作機械によって前記工具を回転させながら、該工具をその軸心と実質的に直交する方向に移動させて、前記レーザー距離計の最小距離値から前記レーザー距離計からみた前記工具の中心線位置を検知する第1工程と、前記工具の中心線位置に前記レーザー距離計の測定中心位置を合わせて、次に前記工具を回転させながら、軸心方向に移動させ、その移動位置と前記レーザー距離計との関係から、前記工具の切削外形を求める第2工程とを有している。工具の切削外形は一般にその外端で決定されるので、レーザー距離計によって長さ方向位置(即ち、軸方向各位置)に対するレーザー距離計からみた中心線位置を求め、次にレーザー距離計からの最小距離位置を求めることによってその切削外形を特定できる。
【0005】
また、第2の発明に係る工具の自動測定方法は、第1の発明に係る工具の自動測定方法において、前記第1工程と前記第2工程の間に、前記第1工程で得た前記工具の中心線位置を前記レーザー距離計の測定中心位置に合わせた状態で、前記NC工作機械を用いて前記工具を軸心方向に移動させて、前記工具の先端位置を測定する中間工程を設け、前記第2工程はこの中間工程で測定された前記工具の先端を基準にして前記工具を移動させてその切削外形を測定する。これによって、測定の無駄を少なくして工具の切削形状を求めることができる。
【0006】
第3の発明に係る工具の自動測定方法は、第2の発明に係る工具の自動測定方法において、予め前記レーザー距離計によって、前記工具を取付ける主軸ヘッドの基準高さ位置を求めておき、前記基準高さ位置から前記工具の先端位置までの工具高さを求める。
第4の発明に係る工具の自動測定方法は、第1〜第3の発明に係る工具の自動測定方法において、前記工具の特定高さ位置の真円部分の直径値(D)を測定し、該直径値(D)と前記レーザー距離計で測定した特定高さ位置の切削外形から、前記工具の軸心位置を特定している。これによって、工具の切削外形の中心座標とその半径を特定することができる。
【0007】
そして、第5の発明に係る工具の自動測定装置は、NC工作機械に付設して設けられ、該NC工作機械に取付けられた工具の切削外形を測定する工具の自動測定装置であって、前記NC工作機械に取付けられた工具を指向して配置され、前記工具までの距離を測定するレーザー距離計と、前記レーザー距離計の出力値を入力とし、前記NC工作機械の前記工具の回転及び移動の指令を含む工具測定プログラムを有する制御装置とを有し、前記工具測定プログラムは、前記工具を回転しながら前記工具の軸心と実質的に直交する方向に動かして、前記レーザー距離計からの測定値から、該レーザー距離計から見た前記工具の中心線位置を特定する第1の測定手段と、前記第1の測定手段によって、前記レーザー距離計を前記工具の中心線位置に指向させて配置し、前記工具を軸心方向に移動させて、前記工具の先端位置を検知する第2の測定手段と、前記レーザー距離計を前記工具の中心線位置に指向させて配置し、前記工具を回転させながらその軸心方向に移動させて、前記レーザー距離計の最小距離値から前記工具の切削外形を特定する第3の測定手段とを有する。
【0008】
第6の発明に係る工具の自動測定装置は、第5の発明に係る工具の自動測定装置において、前記工具測定プログラムは、前記工具を取付ける主軸ヘッドの基準高さ位置を測定して、前記NC工作機械に認識させるヘッド位置測定手段が設けられている。これによって、工具の高さ位置をNC工作機械が認識できる。
第7の発明に係る工具の自動測定装置は、第5、第6の発明に係る工具の自動測定装置において、前記工具の直径を入力する入力手段が設けられ、前記工具測定プログラムには、前記入力手段から入力された直径と、測定された直径位置に対応する前記工具の切削外形から前記工具の軸心位置を特定し、前記工具の切削半径又は切削直径を特定する工具径演算手段を備えている。これによって、工具の軸心位置、即ち切削外形の軸心位置とその半径を特定できる。
そして、第8の発明に係る工具の自動測定装置は、第5〜第7の発明に係る工具の自動測定装置において、前記制御装置から前記NC工作機械に送る命令信号は、前記工具の回転数、前記工具の幅方向の送り信号、及び前記工具の軸方向の送り信号を有する。
【0009】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図1は本発明の一実施の形態に係る工具の自動測定装置の説明図、図2〜図4はそれぞれ同工具の自動測定装置の動作フロー図、図5、図6は同工具の自動測定装置の動作説明図である。
【0010】
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る工具の自動測定装置10は、既存のNC工作機械11に付設して使用するものであって、所定の工具測定プログラムが記載されたパソコン(制御装置の一例)12と、レーザー距離計(レーザーヘッド)13及びそのレーザー距離計用制御装置14とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。
NC工作機械11は既設の装置で、切削用の工具15(例えば、フラットエンドミル、ボールエンドミル、ラディウスエンドミル)を取付ける主軸ヘッド16を備え、NC工作機械11に設けられている信号によって、工具15の回転、XYZ方向への移動及びこれらの速度制御ができるようになっている。また、このNC工作機械11には外部接続端子を備え、NC工作機械11の制御装置からの命令とは別系統で、パソコン12からの指令に基づき、工具15を予め設定された速度でXYZ方向への決められた距離の移動、工具15の回転ができるようになっている。
【0011】
パソコン12は通常の市販のパソコンからなって、内部にCPU、RAM、ROM及びインターフェイスを備え、レーザー距離計用制御装置14及びNC工作機械11と連携している。レーザー距離計13は対象物に光源からレーザー光を照射し、光源とは別位置に配置された位置検出素子にその反射光を結像させて、対象物までの距離に対応する位置検出素子上の変位によってレーザー距離計13から対象物までの距離を測定するものである。なお、ここで、入射レーザー光と反射レーザー光の位相がずれることを利用して距離を測定するタイプのレーザー距離計を用いることも当然できる。
【0012】
従って、レーザー距離計13には、レーザー光の投光素子及びそのレンズ系と、反射レーザー光のレンズ系及び位置検出素子を備えている。そして、これらの制御は、レーザー距離計用制御装置14で信号処理され、最終的には、レーザー距離計13から対象物までの距離(L)がデジタル電気信号として出力され、この距離信号がパソコン12に入力される。このレーザー距離計13は工具15を指向してNC工作機械11に固定配置される。
パソコン12内には工具測定プログラムが記載され、この工具測定プログラムは、工具15を回転しながら工具15の軸心と実質的に直交する方向に動かして、レーザー距離計13からの測定値から、工具15の軸心及びその幅を特定する第1の測定手段と、第1の測定手段によって、求められた中心線位置にレーザー距離計13を指向させて配置し、工具15を軸心方向に移動させて、工具15の先端位置を検知する第2の測定手段と、工具15を先端位置を基準位置にして、レーザー距離計13の測定点が工具15に位置するように工具15を移動して、工具15の移動距離及びレーザー距離計13の最小距離値から工具15の切削外形を測定する第3の測定手段と、工具15を取付ける主軸ヘッド16の高さ位置を測定して、NC工作機械11に認識させるヘッド位置測定手段と、工具15の直径を入力する入力手段から入力された直径値(D)と、測定された直径位置に対応する工具15の切削外形から工具15の軸心位置を求め、工具15の切削半径又は切削直径を特定する工具径演算手段を有している。
【0013】
まず、準備段階として、ヘッド位置測定手段によって、工具15を取付ける主軸ヘッド16の基準高さ位置を測定して、NC工作機械11に認識させる。このプログラムはNC工作機械11内のプログラムを使用してもよいし、パソコン12内に別個に組み込んでもよい。まず主軸ヘッド16に主軸ヘッド16の下端からの突出長(例えば、100mm)の分かっている治具を取付け、レーザー距離計13をその方向に向けて、100mm位置にレーザー距離計13の測定点を一致させ、この位置を主軸ヘッド16の基準高さ位置(Z=0)とする。従って、主軸ヘッド16の下端位置は+100mmとなる。
次に、治具を主軸ヘッド16から外して測定しようとする工具15を主軸ヘッド16に取付ける。この工具15は上下の完全円柱部分(真円部分)の直径値(D)をマイクロメータ(機械式、レーザー式のいずれであってもよい)等で測定しておく。なお、直径を測定した上下方向の高さ位置(a)も測定するが、実際は同一直径部分は上下方向に幅があるので、正確に測定する必要はない。
【0014】
次に、第1の測定手段(前記した第1工程の処理を行う)について、図2を参照しながら説明する。
まず、最初に、初期探査幅(W)、探査分割数(N)、1測定でのサンプリング回数(m)、工具回転数(R)、工具送り速度(V)を決めてパソコン12内に入力する。これは、パソコン12内に入力画面を設けて、ここからキーボード又はマウスによって入力する。初期探査幅(W)はNC工作機械11による工具15の水平送りであって、必ずその中にレーザー距離計13の測定位置が入っていることが必要である。従って、工具15の直径値(D)は既知であるので、レーザー距離計13を工具方向に向けて、工具直径の1.5〜2倍程度の値を入力する。探査分割数(N)は探査幅を幾つに分けて測定するかを示す。通常は10〜100程度の値を入れる。1測定でのサンプリング回数(m)は、工具15を測定位置に停止させた状態で工具15を回転させて測定するが、一つの測定で何回のサンプリングを行うかを入力する。これは工具15の外形は断面円形ではなく凹凸があるので、レーザー距離計13が丁度凹部を測定した場合には、レーザー距離計13の測定値が実際大きくなるからである。多い方が望ましいが多いと測定に時間がかかるので、実際は200〜600程度の値とする。工具回転数(R)を入力する。これはその工具15の切削回転数であってもよいし、それより小さい値であってもよい。工具15の横送りの送り速度(V)を入力する。あまり遅いと測定に時間がかかるので、1〜5mm/sec程度で十分である(以上が処理S1)。なお、工具15は垂直に主軸ヘッド16に取付けられ、図5に示すようにレーザー距離計13に対して工具15は水平方向、即ち軸心と直交する方向に移動するものである。なお、図5において、Cは工具15の軸心位置を、Pはレーザー距離計13から見た工具15の中心線位置を示す。
【0015】
次に、工具15の横送りの1ステップ幅を演算するが、探査幅(W)/分割数(N)となる。そして、工具15の1ステップ幅の移動完了時間を演算する。これは、W/(N・V)の演算を行うことによって、簡単に算出できる(処理S2)。この後、パソコン12からNC工作機械11に対して、1ステップ移動指令の信号(幅方向の送り信号)を送出する(処理S3)。これによって、工具15は移動することになるが、1ステップの移動の完了は、処理S2で演算された工具15の移動完了時間を経過することを確認することによって行う。これによって、工具15は所定の位置に移動して停止する(処理S4)。
次に、レーザー距離計13を作動させて測定データの取込みを始める(処理S5)。測定データの取込みはサンプリング回数を達成するまで行う。なお、各サンプリング時間はレーザー距離計13の処理能力に依存するが、通常は1/500〜1/10sec程度に行う(以上、処理S6)。なお、処理S3で1ステップの移動指令をNC工作機械11に出力したが、その後の信号をNC工作機械11が受け取らない場合は、NC工作機械11が誤動作をするので、NULL出力をNC工作機械11に出力する。これによって、NC工作機械11は停止の状態を保持する(処理S7)。
【0016】
そして、採集されたデータからカットオフ値内の最小値を抽出する。このカットオフ値はレーザー距離計13の測定値から当然予想される値であって、その範囲を外れる値は、誤動作として除外するために設けられている(処理S8)。そして、設定探査幅に達した否かの判断、即ち、探査幅の全部を測定したか否かの判断を行い(処理S9)、設定探査幅に達していない場合には、NULLの送出停止を行い(処理S10)、処理S3〜処理S9を繰り返す。これによって、レーザー距離計13から工具15まで最小値(最小距離値)が測定されるので、次に、この最小値が測定されるステップ番号(x)を抽出する(処理S11)。このステップ番号(x)が最初値と最後値の間にあることを確認して(処理S12)、探査幅を(x−1)と(x+1)の間に変更する(処理S13)。そして、探査範囲が測定精度以上であることを確認して(処理S14)、NULLの送出停止を行い(処理S15)、測定開始点への移動指令の送出を行う。これによって、NC工作機械11の主軸ヘッド16が所定の位置に移動する(処理S16)。この後、処理S2〜S15を繰り返して、探査範囲が所定の精度範囲未満であることを確認して全体の処理を終了する(処理S14)。このようにして構成された第1の測定手段によって、レーザー距離計13からの最小値L(図5参照)を検出した位置がレーザー距離計13からみた工具15の中心線位置となる。なお、この中心線位置のデータ(X値)はNC工作機械11によって測定されることになる。
【0017】
次に、図3を参照しながら、第2の測定手段(中間工程の処理)について説明するが、第2の測定手段は、第1の測定手段で求められた工具15の中心線位置(レーザー距離計13から見た)を基準にして、工具15の最下端の位置(先端位置)をNC工作機械11を用いて測定する。
まず、最初に、初期測定(最大探査)高さ(H)、探査分割数(n1)、1回の測定を行うピッチ(H/n1)でのサンプリング回数(m1)、工具回転数(R1)、工具縦送り速度(V1)を決めてパソコン12内に入力する。これは、パソコン12内に入力画面を設けて、ここからキーボード又はマウスによって入力する。初期測定高さ(H)はNC工作機械11による工具15の垂直送りであって、必ずその中にレーザー距離計13の測定位置が入っていること、及び工具15の先端が入っていることが必要である(図6参照)。また、高さの設定にあっては、先に測定したNC工作機械11の基準高さ位置に対する上下方向(Z軸)の距離によって決める。なお、具体的にはレーザー距離計13の測定中心位置を工具15の中心線位置に一致させた状態で、NC工作機械11を作動させて適宜な値を入力する。探査分割数(n1)は探査幅を幾つに分けて測定するかを示す。通常は10〜100程度の値を入れる。
【0018】
1測定でのサンプリング回数(m1)は、工具15を測定位置に停止させた状態で工具15を回転させて測定するが、一つの測定で何回のサンプリングを行うかを入力する。これは工具15の外形は断面円形ではなく凹凸があるので、レーザー距離計13が丁度凹部を測定した場合には、レーザー距離計13の測定値が実際より大きくなるからである。多い方が望ましいが多いと測定に時間がかかるので、実際は200〜600程度の値とする。工具回転数(R1)を入力する。これはその工具15の切削回転数であってもよいし、それより小さい値であってもよい。工具15の縦送り速度(V1)を入力する。あまり遅いと測定に時間がかかるので、1〜5mm/sec程度で十分である(以上が処理St1)。
【0019】
そして、1測定での1ステップ高さの移動完了時間の算出を行う。これは、測定高さを探査分割数(n1)で割って、更に工具15の縦送り速度(V1)で割ることによって簡単に求めることができる(処理St2)。次に1ステップ縦移動指令(軸方向の送り信号)を送出して移動を行い(処理St3)、移動完了時間が経過したかを確認して(処理St4)、レーザー距離計13による測定データの取込みを行う(処理St5)。データの取込みがサンプリング回数(m1)に達したことを確認する(処理St6)。なお、処理St3で1ステップ縦移動指令をNC工作機械11に出した後は、NC工作機械11にNULL信号を出してNC工作機械11の動きを止めておく(処理St7)。前記した処理St6の後に、カットオフ値内のデータの最小値を検出する(処理St8)。
【0020】
これによって、レーザー距離計13から工具15までの距離が測定される。次に所定値内の有効な測定データ(即ち、最小データ)の有無の確認を行い(処理St9)、測定データがある場合には工具15が存在するということであるから、NULLの送出停止を行って(処理St10)、処理St3に戻って処理St3から処理St9を繰り返すが、所定値内に有効なデータがない場合には、工具15の端部を過ぎたということであるから、最後に測定してステップ番号Nを検出し(処理St11)、探査範囲をステップN−1とステップN+1の範囲に変更する(処理St12)。そして、探査範囲が測定精度未満でないことを確認して(処理St13)、NULLの送出停止を行って(処理St14)、処理St2に戻り、以上の工程を繰り返す。そして、測定精度未満に探査範囲がなったことを確認して、処理を終了する。この第2の測定手段によって、工具15の先端(下端)の位置が検知される。NC工作機械11の主軸ヘッド16の位置は事前に測定されているので、これによって工具15の高さをNC工作機械11が認識できる。
【0021】
以上の第1、第2の測定手段によって測定された結果を用いて、工具15の切削外形を特定する第3の測定手段(第2工程の処理)について、図4を参照しながら説明する。
まず、最初に、測定しようとする工具15の測定高さh(図6参照)、測定ピッチ、測定位置でのサンプリング回数、工具回転数、工具送り速度の設定を行う。ここで、工具15の測定高さhは工具15の下端位置を基準にして切削可能な工具15の高さを含むように設定する。測定ピッチは小さい方がより好ましいが数字が小さいと時間がかかり、粗いと測定精度が下がるので、通常0.01〜0.2mm程度を使用する。工具15の加工精度を更に必要とする場合には、更に細かく設定する。工具15の回転数は、第1、第2の測定手段と同じでもよく、通常100〜1000rpm程度である。工具15の送り速度も第1、第2の測定手段と同じでもよい(以上、処理Sr1)。
【0022】
次に、1測定ピッチ移動指令完了時間の算出を行うが、これについては、第1、第2の測定手段と同じである(処理Sr2)。次に、NC工作機械11に対して1ピッチ移動指令の送出を行う(処理St3)。なお、NC工作機械11に装着されている工具15は、レーザー距離計13が工具15の中心線位置を向いて、しかもレーザー距離計13の測定中心位置を、工具15の下端位置に設定しておく。これは、第1、第2の測定手段によって測定された結果を用いることによって容易に設定できる。
この後、工具15の移動完了時間が完了したことを確認して(処理Sr4)、レーザー距離計13による測定データの取込みを行う(処理Sr5)。測定データがサンプリング回数に達したことを確認して(処理Sr6)カットオフ値内の最小値の検出を行う(処理Sr8)。この最小値L1(図6参照)によって、工具15の切削形状が特定される。なお、処理Sr3でNC工作機械11に対して1ピッチの移動指令を送出した後は、NC工作機械11にNULLの指令を出して、工具15の移動を止めておく(処理Sr7)。
【0023】
そして、レーザー距離計13の測定位置が設定高さhに達したか否かを判断し(処理Sr9)、設定高さに達していない場合には、NULLの送出を停止して(処理Sr10)、処理Sr3に戻り、更に工具15を1ピッチ移動させて次の測定を行う。これによって、工具15の移動距離(z)とその移動位置におけるレーザー距離計13から工具15までの最小距離値(L1)が測定されるので、これを高さhについて集めることによって、工具15の切削外形が特定される。仮に工具15の下端部が図6に示すように半球状となっている場合や、欠損があっても、その形を正確に測定できる。また、マイクロメータ等の測定機によって測定された工具15の直径を入力手段(例えば、キーボード)から入力した直径と、測定された直径位置に対応する工具15の切削外形から工具15の軸心位置を特定し、工具15の切削半径又は切削直径を特定し、これが工具径演算手段となる。
これらのデータを、NC工作機械11に命令を送るCAD/CAMシステムに入れ込み、加工物に使用する工具(刃物)を選定して、適切なNC工作機械の加工手順を設定することができる。
【0024】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明のを要旨を変更しない範囲での変形例であっても本発明は適用される。たとえば、前記実施の形態の第1、第2の測定手段においては、精度を高めるために、最初に大まかな範囲を特定し、次にその範囲を更に狭める処理を行っているが、送りピッチを細かくして一回の操作で全部のデータを求めることもできる。
また、第3の測定手段によって行われるデータの採集を第2の測定手段内に入れ込んでもよい。
【0025】
【発明の効果】
請求項1〜4の工具の自動測定方法は、以上の説明からも明らかなように、NC工作機械によって工具を回転させながら、工具をその軸心と実質的に直交する方向に移動させて、レーザー距離計の最小距離値からレーザー距離計からみた工具の中心線位置を検知する第1工程と、工具の中心線位置にレーザー距離計の測定中心位置を合わせて、次に工具を回転させながら、軸心方向に移動させ、その移動位置とレーザー距離計との関係から、工具の切削外形を求める第2工程とを有しているので、工具の中心線位置をレーザー距離計で見ながら、工具の切削外形が測定できる。従って、仮に工具が摩耗や折損している場合であっても、その形状を測定することができる。
【0026】
特に、請求項2記載の工具の自動測定方法においては、第1工程と第2工程の間に、第1工程で得た工具の中心線位置をレーザー距離計の測定中心位置に合わせた状態で、NC工作機械を用いて工具を軸心方向に移動させて、工具の先端位置を測定する中間工程を設け、第2工程はこの中間工程で測定された工具の先端を基準にして工具を移動させてその切削外形を測定するので、より精度のよい工具の切削外形を測定できる。
請求項3記載の工具の自動測定方法においては、予めレーザー距離計によって、工具を取付ける主軸ヘッドの基準高さ位置を求めておき、基準高さ位置から工具の先端位置までの工具高さを求めているので、主軸ヘッドに対する工具の高さを認識でき、そのまま切削のデータとして使用できる。
そして、請求項4記載の工具の自動測定方法においては、工具の特定高さ位置の真円部分の直径値(D)を測定し、直径値(D)とレーザー距離計で測定した特定高さ位置の切削外形から、工具の軸心位置を特定しているので、各高さに対する工具の切削半径を特定できる。
【0027】
請求項5〜8記載の工具の自動測定装置は、NC工作機械に取付けられた工具を指向して配置され、工具までの距離を測定するレーザー距離計と、レーザー距離計の出力値を入力とし、NC工作機械の工具の回転及び移動の指令を含む工具測定プログラムを有する制御装置とを有し、工具測定プログラムは、工具を回転しながら工具の軸心と実質的に直交する方向に動かして、レーザー距離計からの測定値から、レーザー距離計から見た工具の中心線位置を特定する第1の測定手段と、第1の測定手段によって、レーザー距離計を工具の中心線位置に指向させて配置し、工具を軸心方向に移動させて、工具の先端位置を検知する第2の測定手段と、レーザー距離計を工具の中心線位置に指向させて配置し、工具を回転させながらその軸心方向に移動させて、レーザー距離計の最小距離値から工具の切削外形を特定する第3の測定手段とを有しているので、工具の切削外形の自動測定が可能となる。従って、測定されたデータをNC工作機械に接続されるCAD/CAMシステムに入力することによって、実際の加工に使用する刃物の形状を特定でき、より正確な切削加工を行うことができる。
【0028】
特に、請求項6記載の工具の自動測定装置においては、工具測定プログラムは、工具を取付ける主軸ヘッドの基準高さ位置を測定して、NC工作機械に認識させるヘッド位置測定手段を有するので、工具の高さをNC工作機械に認識させることができる。
請求項7記載の工具の自動測定装置においては、工具の直径を入力する入力手段が設けられ、工具測定プログラムには、入力手段から入力された直径と、測定された直径位置に対応する工具の切削外形から工具の軸心位置を特定し、工具の切削半径又は切削直径を特定する工具径演算手段を備えているので、工具の軸心、各高さ位置における切削半径を認識できる。
そして、請求項8記載の工具の自動測定装置においては、制御装置からNC工作機械に送る命令信号は、工具の回転数、工具の幅方向の送り信号、及び工具の軸方向の送り信号を有するので、これを用いてNC工作機械を積極的に制御し、工具に関するデータの収集が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る工具の自動測定装置の説明図である。
【図2】同工具の自動測定装置の動作フロー図である。
【図3】同工具の自動測定装置の動作フロー図である。
【図4】同工具の自動測定装置の動作フロー図である。
【図5】同工具の自動測定装置の動作説明図である。
【図6】同工具の自動測定装置の動作説明図である。
【符号の説明】
10:工具の自動測定装置、11:NC工作機械、12:パソコン、13:レーザー距離計、14:レーザー距離計用制御装置、15:工具、16:主軸ヘッド[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for automatically measuring a cutting shape of a tool (that is, a cutting tool) used for an NC machine tool such as an NC milling machine or an NC machining center, and a diameter and a length of the tool without contact.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a tool used in an NC machine tool (specifically, an NC milling machine, an NC machining center), for example, there are a ball end mill, a flat end mill, a radius end mill, and the like. Since they can be defined, they are used to input the tool data to the machine tool.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the tool may be worn or damaged by use.If the tool data is input by defining the diameter of the tool, the radius of the characteristic portion, and the center position as in the conventional case, the actually cut work is not obtained. May be different from the required work. Therefore, it is preferable to measure the cutting shape of a tool (that is, a cutting tool) and to input this as tool data to the NC machine tool, but there is a problem that a special device is required.
On the other hand, NC machine tools generally have an input terminal for controlling the movement of a tool from the outside, and further irradiate a laser beam to an object and use the reflected light to accurately measure the distance to the object. Laser rangefinders are also commonly known.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an automatic tool measuring method and apparatus for measuring a cutting shape of a tool, a diameter and a length of a tool using a conventional NC machine tool and a laser distance meter. The purpose is to:
[0004]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided an automatic tool measuring method for measuring a cutting contour of a tool mounted on a spindle head of an NC machine tool by using a laser distance meter fixedly arranged to face the tool. An automatic measuring method of a tool, wherein the tool is rotated by the NC machine tool while the tool is moved in a direction substantially perpendicular to the axis of the tool, and the minimum distance value of the laser distance meter is used as the tool. A first step of detecting the center line position of the tool as viewed from the laser distance meter, and aligning the measurement center position of the laser distance meter with the center line position of the tool, and then rotating the tool in the axial direction And a second step of obtaining a cutting contour of the tool from a relationship between the moving position and the laser distance meter. Since the cutting contour of the tool is generally determined at its outer end, the laser distance meter determines the center line position as viewed from the laser distance meter with respect to the longitudinal position (ie, each position in the axial direction). By obtaining the minimum distance position, the cutting outline can be specified.
[0005]
The automatic tool measuring method according to the second invention is the automatic tool measuring method according to the first invention, wherein the tool obtained in the first step is provided between the first step and the second step. In the state where the center line position of the is adjusted to the measurement center position of the laser distance meter, by using the NC machine tool to move the tool in the axial direction, providing an intermediate step of measuring the tip position of the tool, In the second step, the tool is moved with reference to the tip of the tool measured in the intermediate step, and the cut outer shape is measured. Thereby, the cutting shape of the tool can be obtained with less waste of measurement.
[0006]
The method for automatically measuring a tool according to a third invention is the method for automatically measuring a tool according to the second invention, wherein a reference height position of a spindle head on which the tool is mounted is determined in advance by the laser distance meter. A tool height from a reference height position to a tip position of the tool is obtained.
The automatic measuring method for a tool according to a fourth invention is the automatic measuring method for a tool according to the first to third inventions, wherein a diameter value (D) of a perfect circle portion at a specific height position of the tool is measured. From the diameter value (D) and the cutting contour at a specific height position measured by the laser distance meter, the axial center position of the tool is specified. Thus, the center coordinates and the radius of the cutting contour of the tool can be specified.
[0007]
An automatic tool measuring apparatus according to a fifth aspect of the present invention is an automatic tool measuring apparatus that is attached to an NC machine tool and measures a cutting contour of a tool attached to the NC machine tool. A laser distance meter arranged to face a tool attached to an NC machine tool and measuring a distance to the tool, and an output value of the laser distance meter as an input, and rotation and movement of the tool of the NC machine tool A control device having a tool measurement program including a command of the laser range finder, wherein the tool measurement program moves the tool in a direction substantially orthogonal to the axis of the tool while rotating, First measurement means for specifying the center line position of the tool as viewed from the laser distance meter from the measured value, and the first measurement means moves the laser distance meter to the center line position of the tool. The tool is moved in the axial direction, the second measuring means for detecting the tip position of the tool, and the laser distance meter is arranged to be oriented to the center line position of the tool, A third measuring unit configured to move the tool in the axial direction while rotating the tool and specify a cutting contour of the tool from a minimum distance value of the laser distance meter.
[0008]
A tool automatic measuring device according to a sixth invention is the tool automatic measuring device according to the fifth invention, wherein the tool measuring program measures a reference height position of a spindle head to which the tool is mounted, and A head position measuring means for making the machine tool recognize is provided. Thereby, the NC machine tool can recognize the height position of the tool.
An automatic tool measuring apparatus according to a seventh aspect is the tool automatic measuring apparatus according to the fifth or sixth aspect, wherein input means for inputting a diameter of the tool is provided, and the tool measuring program includes: Tool diameter calculating means for specifying the axis center position of the tool from the diameter input from the input means and the cutting contour of the tool corresponding to the measured diameter position, and specifying the cutting radius or the cutting diameter of the tool. ing. Thereby, the axial position of the tool, that is, the axial position of the cutting contour and its radius can be specified.
An automatic tool measuring apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the automatic tool measuring apparatus according to the fifth to seventh aspects, wherein the command signal sent from the control device to the NC machine tool is a rotational speed of the tool. , A feed signal in the width direction of the tool, and a feed signal in the axial direction of the tool.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention.
Here, FIG. 1 is an explanatory view of an automatic measuring device for a tool according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 4 are operation flowcharts of the automatic measuring device for the same tool, and FIGS. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the automatic measuring device.
[0010]
As shown in FIG. 1, an automatic
The
[0011]
The
[0012]
Therefore, the
A tool measurement program is described in the
[0013]
First, as a preparation stage, the reference height position of the
Next, the jig is removed from the
[0014]
Next, the first measuring means (performing the above-described first step) will be described with reference to FIG.
First, the initial search width (W), the number of search divisions (N), the number of samplings per measurement (m), the number of tool rotations (R), and the tool feed speed (V) are determined and input into the
[0015]
Next, one step width of the lateral feed of the
Next, the
[0016]
Then, the minimum value within the cutoff value is extracted from the collected data. This cut-off value is a value naturally expected from the measured value of the
[0017]
Next, the second measuring means (intermediate process) will be described with reference to FIG. 3, but the second measuring means is the center line position of the
First, the initial measurement (maximum search) height (H), the number of search divisions (n1), the number of samplings (m1) at a pitch (H / n1) for performing one measurement, and the number of tool revolutions (R1) The tool vertical feed speed (V1) is determined and input into the
[0018]
The number of samplings (m1) in one measurement is measured by rotating the
[0019]
Then, the movement completion time of one step height in one measurement is calculated. This can be easily obtained by dividing the measured height by the number of search divisions (n1) and further dividing by the longitudinal feed speed (V1) of the tool 15 (Process St2). Next, a one-step longitudinal movement command (a feed signal in the axial direction) is transmitted to perform movement (processing St3), and it is checked whether the movement completion time has elapsed (processing St4). Import is performed (Process St5). It is confirmed that the data acquisition has reached the number of samplings (m1) (Process St6). After issuing the one-step vertical movement command to the
[0020]
Thereby, the distance from the
[0021]
The third measuring means (processing in the second step) for specifying the cutting contour of the
First, the measurement height h (see FIG. 6) of the
[0022]
Next, one measurement pitch movement command completion time is calculated, which is the same as that of the first and second measuring means (process Sr2). Next, a one-pitch movement command is sent to the NC machine tool 11 (Process St3). In addition, the
Thereafter, it is confirmed that the movement completion time of the
[0023]
Then, it is determined whether or not the measurement position of the
These data are input to a CAD / CAM system that sends commands to the
[0024]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention is applied to modifications of the present invention without departing from the scope of the invention. For example, in the first and second measuring means of the embodiment, in order to increase the accuracy, a rough range is first specified, and then a process for further narrowing the range is performed. All data can be obtained in a single operation by making it finer.
Further, the collection of data performed by the third measuring means may be inserted into the second measuring means.
[0025]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the automatic measuring method of the tool according to claims 1 to 4 moves the tool in a direction substantially orthogonal to the axis thereof while rotating the tool with the NC machine tool. First step of detecting the center line position of the tool viewed from the laser distance meter from the minimum distance value of the laser distance meter, and aligning the measurement center position of the laser distance meter with the center line position of the tool, and then rotating the tool , Moving in the axial direction, and the second step of obtaining the cutting contour of the tool from the relationship between the moving position and the laser distance meter, while looking at the center line position of the tool with the laser distance meter, The cutting profile of the tool can be measured. Therefore, even if the tool is worn or broken, its shape can be measured.
[0026]
In particular, in the method for automatically measuring a tool according to claim 2, the center line position of the tool obtained in the first step is adjusted to the measurement center position of the laser distance meter between the first step and the second step. , An intermediate step of moving the tool in the axial direction using the NC machine tool and measuring the tip position of the tool is provided, and the second step moves the tool based on the tip of the tool measured in the intermediate step. Then, the cutting contour is measured, so that the cutting contour of the tool with higher accuracy can be measured.
In the automatic tool measuring method according to the third aspect, a reference height position of the spindle head on which the tool is mounted is determined in advance by a laser distance meter, and a tool height from the reference height position to the tip end position of the tool is determined. Therefore, the height of the tool with respect to the spindle head can be recognized, and can be used as it is as cutting data.
In the method for automatically measuring a tool according to the fourth aspect, the diameter value (D) of a perfect circular portion at the specific height position of the tool is measured, and the diameter value (D) and the specific height measured by the laser distance meter. Since the axial center position of the tool is specified from the cutting outline at the position, the cutting radius of the tool for each height can be specified.
[0027]
An automatic tool measuring device according to
[0028]
In particular, in the tool automatic measuring device according to the present invention, the tool measuring program has a head position measuring means for measuring the reference height position of the spindle head on which the tool is mounted and causing the NC machine tool to recognize the tool. Can be recognized by the NC machine tool.
In the tool automatic measuring device according to the seventh aspect, input means for inputting a diameter of the tool is provided, and the tool measuring program includes a diameter input from the input means and a tool corresponding to the measured diameter position. Since the tool center calculating means for specifying the axis position of the tool from the cutting outer shape and specifying the cutting radius or the cutting diameter of the tool is provided, it is possible to recognize the axis of the tool and the cutting radius at each height position.
In the automatic tool measuring apparatus according to the eighth aspect, the command signal sent from the control device to the NC machine tool includes a rotational speed of the tool, a feed signal in the width direction of the tool, and a feed signal in the axial direction of the tool. Therefore, the NC machine tool can be positively controlled using this to collect data on tools.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of an automatic tool measuring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation flowchart of the automatic tool measuring apparatus.
FIG. 3 is an operation flowchart of the automatic tool measuring apparatus.
FIG. 4 is an operation flowchart of the automatic tool measuring apparatus.
FIG. 5 is an explanatory view of the operation of the automatic measuring device for the tool.
FIG. 6 is an explanatory view of the operation of the automatic measuring device for the tool.
[Explanation of symbols]
10: Tool automatic measuring device, 11: NC machine tool, 12: PC, 13: Laser distance meter, 14: Control device for laser distance meter, 15: Tool, 16: Spindle head
Claims (8)
前記NC工作機械によって前記工具を回転させながら、該工具をその軸心と実質的に直交する方向に移動させて、前記レーザー距離計の最小距離値から前記レーザー距離計からみた前記工具の中心線位置を検知する第1工程と、
前記工具の中心線位置に前記レーザー距離計の測定中心位置を合わせて、次に前記工具を回転させながら、軸心方向に移動させ、その移動位置と前記レーザー距離計との関係から、前記工具の切削外形を求める第2工程とを有することを特徴とする工具の自動測定方法。An automatic tool measurement method for measuring a cutting contour of a tool mounted on a spindle head of an NC machine tool by using a laser distance meter fixedly arranged to face the tool,
While the tool is being rotated by the NC machine tool, the tool is moved in a direction substantially perpendicular to the axis of the tool, and the center line of the tool viewed from the laser distance meter from the minimum distance value of the laser distance meter. A first step of detecting a position;
Align the measurement center position of the laser range finder with the center line position of the tool, and then move the tool in the axial direction while rotating the tool.From the relationship between the movement position and the laser range finder, the tool A second step of obtaining a cutting contour of the tool.
前記NC工作機械に取付けられた工具を指向して配置され、前記工具までの距離を測定するレーザー距離計と、
前記レーザー距離計の出力値を入力とし、前記NC工作機械の前記工具の回転及び移動の指令を含む工具測定プログラムを有する制御装置とを有し、
前記工具測定プログラムは、前記工具を回転しながら前記工具の軸心と実質的に直交する方向に動かして、前記レーザー距離計からの測定値から、該レーザー距離計から見た前記工具の中心線位置を特定する第1の測定手段と、
前記第1の測定手段によって、前記レーザー距離計を前記工具の中心線位置に指向させて配置し、前記工具を軸心方向に移動させて、前記工具の先端位置を検知する第2の測定手段と、
前記レーザー距離計を前記工具の中心線位置に指向させて配置し、前記工具を回転させながらその軸心方向に移動させて、前記レーザー距離計の最小距離値から前記工具の切削外形を特定する第3の測定手段とを有することを特徴とする工具の自動測定装置。An automatic tool measuring apparatus provided to be attached to an NC machine tool and measuring a cutting contour of a tool attached to the NC machine tool,
A laser distance meter arranged to face a tool attached to the NC machine tool and measuring a distance to the tool;
A control device having a tool measurement program that includes an output value of the laser distance meter as input, and includes a command for rotation and movement of the tool of the NC machine tool;
The tool measurement program is to move the tool in a direction substantially perpendicular to the axis of the tool while rotating, and to obtain a center line of the tool as viewed from the laser distance meter from a measurement value from the laser distance meter. First measuring means for specifying a position;
A second measuring means for arranging the laser distance meter so as to be directed to a center line position of the tool by the first measuring means, moving the tool in an axial direction, and detecting a tip position of the tool; When,
The laser distance meter is arranged so as to be directed to the center line position of the tool, and the tool is moved in the axial direction thereof while rotating, so that the cutting contour of the tool is specified from the minimum distance value of the laser distance meter. An automatic tool measuring apparatus comprising: a third measuring means.
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