JP2007331067A - Workpiece measuring instrument of nc machine tool - Google Patents
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Description
本発明は、NC工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定工具を用いて、ワークの基準面や寸法を測定するNC工作機械のワーク測定装置に関する。 The present invention relates to a workpiece measuring device for an NC machine tool that measures a reference surface and dimensions of a workpiece using a measuring tool that is detachably attached to a spindle of the NC machine tool.
NC工作機械で加工したワークを機械上で計測する装置は従来から存在している。一般的には、工作機械の主軸に測定工具を装着し、ワークと測定工具とを相対移動させて、測定工具の測定子を被測定面に接触させて、ワークの基準面や寸法を測定するものである。特許文献1には、工作機械の主軸にタッチセンサ方式の測定工具を装着し、測定子を被測定面に接触させて、その接触信号を空間伝搬波で伝達し測定する装置が開示されている。特許文献2には、工作機械の主軸に接触変位方式の測定子を有した測定工具を装着し、測定子を被測定面に接触させてワークを測定し、その測定工具固有の誤差を補正して正しい測定値を得る装置が開示されている。
Conventionally, there is an apparatus for measuring a workpiece machined by an NC machine tool on the machine. Generally, a measuring tool is mounted on the spindle of a machine tool, the workpiece and the measuring tool are moved relative to each other, and the measuring tool's probe is brought into contact with the surface to be measured to measure the reference surface and dimensions of the workpiece. Is.
特許文献1に記載の従来技術は、測定工具の電池の消費電力を小さくして、電池の寿命を延ばし自動計測作業の能率を良くするために、測定を行うときのみ測定工具の電源をONして、空間伝搬波の信号のやりとりをするようにしたものである。しかし、大型の工作機械では、主軸頭周りの形状やワーク取り付け形状などの障害物を回避するために、空間伝搬波の送受信器を数多く設置しなければならない。また、障害物を避けるために、測定工具を所定の位置に移動させてから信号を発信しなければならないので、信号のやりとりに時間がかかるという問題点があった。特許文献2に記載の従来技術は、測定工具で測定した測定値を正しい値に補正するものであるが、空間伝搬波の信号のやりとりについては、前述の特許文献1と同様の問題点があった。本発明は、従来技術の問題点を解決することを課題としており、本発明の目的は、空間伝搬波によって情報の伝達を行うワーク測定装置において、測定工具の電源のON又はOFF指令信号及び他の情報のやりとりを確実に行うようにしたNC工作機械のワーク測定装置を提供することである。
The prior art described in
前述の目的を達成するために、本発明によれば、X、Y、Zの直交3軸の送り軸及び主軸の回転送り軸を有したNC工作機械のワーク測定装置において、先端部に測定子を有し、胴体部に空間伝搬波の受信器と発信器が設けられ、工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定工具と、工作機械の構造体の固定部に適宜間隔をあけて設けられ、前記測定工具に伝達する情報の空間伝搬波を発信する複数の発信器と、前記発信器の近傍に設けられ、前記測定工具の発信器から発信された情報の空間伝搬波を受信する複数の受信器と、数値制御装置から測定工具の電源ON又はOFF指令を受けたとき、前記発信器から測定工具の電源ON又はOFF指令信号を発信する前に、前記複数の発信器の中から前記測定工具の位置に最も近い発信器を選択し、前記測定工具の受信器を選択した発信器の方向に向けるために必要な主軸の回転角度を演算し、その回転角度を数値制御装置に送出する測定工具の電源ON/OFF前処理部と、を具備したNC工作機械のワーク測定装置が提供される。 In order to achieve the above-described object, according to the present invention, in a workpiece measuring device for an NC machine tool having three orthogonal feed axes of X, Y, and Z and a rotary feed shaft of a main shaft, a probe is provided at the tip. The body part is provided with a receiver and transmitter for spatially propagated waves, and is provided at an appropriate interval between the measuring tool that is detachably mounted on the spindle of the machine tool and the fixed part of the machine tool structure. A plurality of transmitters for transmitting a spatial propagation wave of information transmitted to the measurement tool, and a plurality of transmitters provided in the vicinity of the transmitter for receiving a spatial propagation wave of information transmitted from the transmitter of the measurement tool When receiving the power ON / OFF command of the measurement tool from the receiver and the numerical control device, before transmitting the power ON / OFF command signal of the measurement tool from the transmitter, the transmitter from the plurality of transmitters Select the transmitter closest to the position of the measuring tool A measurement tool power ON / OFF pre-processing unit that calculates the rotation angle of the spindle necessary for directing the receiver of the measurement tool toward the selected transmitter, and sends the rotation angle to the numerical controller; An NC machine tool workpiece measuring apparatus including the above is provided.
測定工具の電源ON/OFF前処理部は、数値制御装置から測定工具の電源のON又はOFF指令を受けたとき、測定工具の位置に最も近く送受信効率の良い発信器を選択して、測定工具の受信器を選択した発信器の方向に向けてから、測定工具の電源のON又はOFF指令信号を発信する。 When the measurement tool power ON / OFF pre-processing unit receives a measurement tool power ON / OFF command from the numerical control device, it selects the transmitter that is closest to the measurement tool position and has good transmission / reception efficiency. The receiver is directed toward the selected transmitter, and then a power ON / OFF command signal for the measuring tool is transmitted.
また、本発明によれば、前記測定工具の電源ON/OFF前処理部は、測定工具の電源ON又はOFF指令を受けたとき、測定工具の機械上の現在位置の座標値又は測定工具を任意の位置に移動させたその位置の座標値を読み取り、その測定工具の位置の座標値と前記複数の発信器の位置の座標値とから、測定工具とそれぞれの発信器の距離を演算し、前記複数の発信器の中から測定工具の位置に最も近い発信器を選択する発信器選択演算手段と、前記測定工具の位置の座標値と選択された発信器の位置の座標値とから、測定工具に設けられた受信器を選択された発信器の方向に向けるために必要な主軸の回転角度を演算し、その回転角度を数値制御装置に送出する主軸回転角度演算手段とを有してなるNC工作機械のワーク測定装置が提供される。測定工具の位置に最も近くて送受信効率の良い発信器を選択し、測定工具に設けられた受信器を選択された発信器の方向に向けるための主軸の回転角度を演算し、主軸を回転位置決めしてから、測定工具の電源のON又はOFF指令信号を発信する。 According to the present invention, the power ON / OFF pre-processing unit of the measurement tool arbitrarily selects the coordinate value of the current position of the measurement tool on the machine or the measurement tool when receiving the power ON / OFF command of the measurement tool. The coordinate value of the position moved to the position of the position is read, and from the coordinate value of the position of the measurement tool and the coordinate value of the position of the plurality of transmitters, the distance between the measurement tool and each transmitter is calculated, From the transmitter selection calculation means for selecting the transmitter closest to the position of the measurement tool from among the plurality of transmitters, the coordinate value of the position of the measurement tool and the coordinate value of the position of the selected transmitter, the measurement tool NC having a spindle rotation angle calculation means for calculating the rotation angle of the spindle necessary for directing the receiver provided in the direction of the selected transmitter and sending the rotation angle to the numerical controller Provided by machine tool workpiece measuring device It is. Select the transmitter with the highest transmission and reception efficiency that is closest to the position of the measurement tool, calculate the rotation angle of the main shaft to direct the receiver installed on the measurement tool toward the selected transmitter, and rotate the main shaft Then, an ON / OFF command signal for the power supply of the measuring tool is transmitted.
また、本発明によれば、前記発信器選択演算手段は、前記測定工具の位置の座標値と前記複数の発信器の位置の座標値とその発信器が空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線とから、その測定工具の位置からそれぞれの発信器の空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線に向けておろした垂線の長さを演算し、その垂線の長さが最も短い発信器を測定工具の位置に最も近い発信器として選択するNC工作機械のワーク測定装置が提供される。測定工具の位置と発信器が空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線との距離を演算し、その距離が最も短い発信器を測定工具に最も近い発信器として選択し、その選択された発信器から測定工具の電源のON又はOFF指令信号を発信する。 Further, according to the present invention, the transmitter selection calculation means includes a center value representing a coordinate value of the position of the measuring tool, a coordinate value of the positions of the plurality of transmitters, and a direction in which the transmitter transmits a spatial propagation wave. From the straight line, calculate the length of the perpendicular line from the position of the measuring tool to the central straight line that indicates the direction of transmitting the spatially transmitted wave of each transmitter, and determine the transmitter with the shortest vertical line length. An NC machine tool workpiece measuring device is provided which is selected as the transmitter closest to the position of the measuring tool. Calculate the distance between the position of the measuring tool and the center straight line that indicates the direction in which the transmitter emits spatially propagated waves, select the transmitter with the shortest distance as the transmitter closest to the measuring tool, and select the selected transmitter A power tool ON / OFF command signal is transmitted from the measuring instrument.
本発明によれば、NCプログラムに基づいて数値制御装置から主軸に装着された測定工具の電源のON又はOFF指令を受けたとき、工作機械の固定部に設けた複数の発信器の中から測定工具の位置に最も近い発信器を選択し、測定工具に設けられた受信器が選択した発信器の方向に向くように主軸を回転位置決めしてから、測定工具の電源のON又はOFF指令信号を発信するようにしたので、発信器と測定工具の受信器との間で送受信効率の良い状態で信号のやりとりが行われ、測定工具の電源のON又はOFF指令及び他の情報の伝達が確実に行える。そのため、発信器の数を少なくすることができる。従来、発信器が数個必要だった機械においても、本発明によれば、発信器の数は2個でたりる。また、測定工具の位置と発信器が空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線との距離が最も短い発信器を選択して送受信を行うので、情報の伝達が失敗してアラームになることが少なくなった。また、空間伝搬波の障害物を避けるために測定工具を所定の位置に位置決めする必要がなく、測定に要する時間が短くなった。 According to the present invention, when receiving a power ON / OFF command of a measuring tool mounted on a spindle from a numerical controller based on an NC program, measurement is performed from among a plurality of transmitters provided in a fixed part of a machine tool. Select the transmitter closest to the position of the tool, rotate and position the spindle so that the receiver provided on the measuring tool faces the selected transmitter, and then turn ON / OFF the command signal of the measuring tool. Since the transmission is made, signals are exchanged between the transmitter and the receiver of the measurement tool in a state where transmission and reception efficiency is good, and the power ON / OFF command of the measurement tool and other information are reliably transmitted. Yes. Therefore, the number of transmitters can be reduced. Conventionally, even in a machine that requires several transmitters, according to the present invention, the number of transmitters is two. In addition, since the transmitter with the shortest distance between the position of the measuring tool and the center straight line indicating the direction in which the transmitter transmits a spatial propagation wave is selected, transmission and reception of information may fail and an alarm may occur. Less. Further, it is not necessary to position the measuring tool at a predetermined position in order to avoid the obstacle of the spatial propagation wave, and the time required for the measurement is shortened.
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態を示す構成ブロック図である。NCフライス盤、マシニングセンタなどの工作機械1を数値制御装置により駆動制御する構成を示している。NCプログラム3を数値制御装置の読取解釈部5で読み取って解釈し、補間部7にプログラムデータを送出する。補間部7は受け取ったプログラムデータを補間演算し、サーボ部9に位置指令データを送出する。サーボ部9は受け取った位置指令データに基づいて工作機械1の各送り軸を駆動するための動作指令を送出する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the present invention. 1 shows a configuration in which a
工作機械1は、X、Y、Zの直交3軸の直線送り軸と主軸の回転送り軸を有している。それらの送り軸には位置検出器11が設けられ、X、Y、Zの位置データ及び必要に応じて主軸回転位置データを検出可能にしている。工作機械1の主軸には測定工具13が着脱可能に装着され、ワーク測定の際に工具交換装置によって装着される。工作機械1のテーブルに取り付けたワークと主軸に装着した測定工具13とを相対移動させてワークの測定を行うものである。測定部15は測定工具13の先端部に設けた測定子をワークの被測定面に接触させて、その接触信号に基づいて工作機械1の位置検出器11から位置データを読み取って測定データを演算する。
The
工作機械1の構造体の固定部分、例えば、スプラッシュガードの天井又はコラムの上部等に送受信モジュール17a、17bが複数個設けられている。送受信モジュール17aは、発信器19aと受信器21aが近傍にセットとして設けられている。送受信モジュール17bも同様に発信器19bと受信器21bがセットで設けられている。その送受信モジュール17aと17bは適宜間隔をあけて取り付けられている。本実施の形態では送受信モジュールは、2個設けられている。発信器19a及び受信器21aは、空間伝搬波を送受信するものである。例えば、発信器19aは赤外線の発光素子であり、受信器21aは赤外線の受光素子である。送受信モジュール17aの発信器19aは、測定工具13への情報、例えば、測定工具の電源ON指令信号又はOFF指令信号を発信し、受信器21aは、測定工具13からの情報、例えば、測定子の接触信号を受信する。測定部15は、測定工具13から発信された測定子の接触信号を送受信モジュール17a経由で受け取ると、その時点の各送り軸の位置データから座標値を演算し、測定データを作成する。測定部15は接触信号を受け取ると、機械の各送り軸の移動を停止させる信号をサーボ部9に送出する。上記したこれらの装置及び機能は、前述の特許文献1又は特許文献2に記載され、一般に周知のワーク測定装置であるので詳細な説明は省略する。
A plurality of transmission / reception modules 17a and 17b are provided on a fixed portion of the structure of the
本発明の実施の形態の特徴は、上記した周知のワーク測定装置に後述の測定工具の電源ON/OFF前処理部25を付加したものである。数値制御装置の読取解釈部5は、NCプログラム又はワーク測定のマクロプログラムの中から測定工具の電源ON指令又は電源OFF指令を読み取ると、その指令データを電源ON/OFF前処理部25に送出する。電源ON/OFF前処理部25は、測定工具の電源ON指令データ又は電源OFF指令データを受け取ると、電源ON指令又は電源OFF指令を送受信モジュール17a又は17bの発信器19a又は19bに送出する前に、次の処理を行う。
A feature of the embodiment of the present invention is that a measuring tool power ON / OFF pre-processing
電源ON/OFF前処理部25は、発信器選択演算手段27と主軸回転角度演算手段29を有している。前述の電源ON指令データ又は電源OFF指令データを受け取ると、発信器選択演算手段27は、測定工具13の機械上の現在位置の座標値を読み取り、その測定工具13の位置の座標値と複数の発信器19a、19bの位置の座標値とから、その測定工具13とそれぞれの発信器19a、19bの距離を演算し、その距離が最も短く、測定工具13に最も近い発信器19aを選択する。この場合、測定工具13を機械上の任意の位置に移動させて、その位置に最も近い発信器19aを選択してもよい。主軸回転角度演算手段29は、測定工具13の位置の座標値と選択された発信器19a又は19bの位置の座標値とから、測定工具13に設けられた受信器33(図2)を選択された発信器19a又は19bの方向に向けるために必要な主軸の回転角度を演算し、その回転角度を数値制御装置に送出する。そして、数値制御装置は主軸を入力された主軸の回転角度位置に位置決めする。
The power ON /
図2は、本発明の実施の形態の測定工具と送受信モジュールを示す斜視図である。工作機械1の主軸31に装着した測定工具13とスプラッシュガードの天井に取り付けた送受信モジュール17a、17bを示している。測定工具13は1個の受信器33と複数個の発信器35が設けられている。受信器33は赤外線の受光素子であり、発信器35は赤外線の発光素子である。スプラッシュガードの天井に設けた発信器19a、19bは、適宜間隔をあけて2個設けられ、工作機械の加工領域全体に空間伝搬波が届くようになっている。発信器19a又は19bは空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線37a又は37bを中心に拡大円錐状に空間伝搬波が伝搬される。その伝搬範囲内に測定工具13の受信器33があれば信号の受信が可能である。発信器19a、19bの近傍に設けられた受信器21a、21bは、発信器19a、19bとセットとして複数個設けられている。受信器21a、21bは、測定工具13から発信された測定子の接触信号などの情報を受信する。受信器21a、21bは、発信器19a、19bから適宜間隔をあけて設けてもよい。本実施の形態では、空間伝搬波として赤外線を用いた例を説明したが、他に電波や超音波を用いてもよい。
FIG. 2 is a perspective view showing the measurement tool and the transmission / reception module according to the embodiment of the present invention. The measurement tool 13 attached to the spindle 31 of the
図3は、本発明の実施の形態の測定工具の電源ON/OFF前処理部の演算方法の説明図である。発信器選択演算手段27及び主軸回転角度演算手段29の演算方法を示している。発信器19aは空間伝搬波の発信方向矢印37aをもって取り付けられている。発信器19bは空間伝搬波の発信方向矢印37bをもって取り付けられている。これらの発信器19a、19bの位置の座標値及び矢印37a、37bの発信方向の角度は既知で記憶されている。測定部15は、ワーク測定開始指令を受けると、測定工具13の中心位置39(主軸中心)の機械上の現在位置の座標値を読み取り、電源ON/OFF前処理部25に送出する。測定工具13の受信器33は通常は上方矢印41の方向に向けて装着されている。発信器選択演算手段27は、電源ON指令データを受けると、測定工具13の中心位置39から発信器19a、19bの発信方向を表わす中心直線37a、37bに向けて垂線La、Lbをおろす。それぞれの発信器について、その垂線La、Lbの長さを演算し、その垂線の長さが最も短い発信器が情報の送受信に最も適した発信器で、測定工具に最も近い発信器として選択する。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a calculation method of the power ON / OFF pre-processing unit of the measurement tool according to the embodiment of the present invention. The calculation method of the transmitter selection calculation means 27 and the spindle rotation angle calculation means 29 is shown. The transmitter 19a is attached with a transmission direction arrow 37a of a spatial propagation wave. The transmitter 19b is attached with a transmission direction arrow 37b of the spatial propagation wave. The coordinate values of the positions of the transmitters 19a and 19b and the angles of the transmission directions of the arrows 37a and 37b are known and stored. Upon receiving the workpiece measurement start command, the
主軸回転角度演算手段29は、測定工具13の中心位置39の座標値と選択された発信器19aの取り付け位置の座標値とから、測定工具13に設けられた受信器33を発信器19aの方向、すなわち、矢印43の方向に向けるために必要な主軸の回転角度Aを演算し、その回転角度Aを数値制御装置に送出する。数値制御装置は主軸を回転角度Aだけ回転させて測定工具13の受信器33を発信器19aの方向に向ける。そして、電源ON/OFF前処理部25は、選択された発信器19aに測定工具の電源のON指令を送出し、発信器19aは電源のON指令信号を発信する。
The spindle rotation angle calculation means 29 uses the coordinate value of the
ワーク測定の際は、測定精度を高めるために、主軸を特定の回転位置に割り出して測定工具13をキャリブレーションした状態で測定を行う。例えば、測定工具13の受信器33が矢印41の方向を向く位置に主軸を割り出して測定を行う。従って、測定工具13の受信器33を発信器19aの方向に向けて測定工具13の電源をONした後、主軸を特定の回転位置(矢印41の位置)に割り出して測定を行い、測定終了後、再び測定工具13の受信器33を発信器19aの方向に向けてから、測定工具13の電源のOFF指令信号を発信して電源をOFFする。そうすることによって、測定工具13の電源のON又はOFF指令信号の伝達が確実に行われ、発信器と受信器の間の他の情報の伝達も確実に行える。また、キャリブレーションを行う必要がない場合は、測定工具13の受信器33を発信器19aの方向に向けたままでワーク測定を行い、測定終了後、そのままの状態で電源のOFF指令信号を発信すればよい。 At the time of workpiece measurement, in order to increase the measurement accuracy, the measurement is performed in a state where the spindle is indexed to a specific rotational position and the measurement tool 13 is calibrated. For example, the measurement is performed by determining the spindle at a position where the receiver 33 of the measuring tool 13 faces the direction of the arrow 41. Therefore, after turning on the power of the measuring tool 13 with the receiver 33 of the measuring tool 13 in the direction of the transmitter 19a, the spindle is determined at a specific rotational position (the position of the arrow 41), and measurement is performed. Then, the receiver 33 of the measuring tool 13 is directed again toward the transmitter 19a, and then the power supply OFF command signal of the measuring tool 13 is transmitted to turn off the power. By doing so, the power ON / OFF command signal of the measuring tool 13 is reliably transmitted, and other information between the transmitter and the receiver can be reliably transmitted. When calibration is not required, the workpiece measurement is performed with the receiver 33 of the measuring tool 13 facing the transmitter 19a, and after the measurement is completed, a power OFF command signal is transmitted as it is. That's fine.
測定工具13の電源をOFFするときの測定工具13の位置が、ONしたときの位置と大きく異なっていたり、障害物を避けるために測定工具の位置を大きく変えた場合は、再度、発信器の選択演算及び主軸の割り出し角度演算処理を行ってから、測定工具13の電源のOFF指令信号を発信すれば信号の伝達が確実になる。もちろん、測定工具13の電源をOFFするときの測定工具13の位置が、ONしたときの位置と同じでも、発信器の選択演算及び主軸の割り出し角度演算処理を行ってから、測定工具13の電源のOFF指令信号を発信してもよい。 If the position of the measuring tool 13 when the power of the measuring tool 13 is turned off is significantly different from the position when it is turned on, or if the position of the measuring tool is greatly changed to avoid an obstacle, the transmitter After the selection calculation and the spindle index angle calculation processing are performed, the signal transmission is assured if the power supply OFF command signal of the measuring tool 13 is transmitted. Of course, even if the position of the measuring tool 13 when the power of the measuring tool 13 is turned off is the same as the position when the measuring tool 13 is turned on, the power source of the measuring tool 13 is calculated after performing the transmitter selection calculation and the spindle index angle calculation processing. The OFF command signal may be transmitted.
1 工作機械
5 読取解釈部
7 補間部
9 サーボ部
11 位置検出器
13 測定工具
15 測定部
17a 送受信モジュール
19a 発信器
21a 受信器
25 電源ON/OFF前処理部
27 発信器選択演算手段
29 主軸回転角度演算手段
33 測定工具の受信器
35 測定工具の発信器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
先端部に測定子を有し、胴体部に空間伝搬波の受信器と発信器が設けられ、工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定工具と、
工作機械の構造体の固定部に適宜間隔をあけて設けられ、前記測定工具に伝達する情報の空間伝搬波を発信する複数の発信器と、
前記発信器の近傍に設けられ、前記測定工具の発信器から発信された情報の空間伝搬波を受信する複数の受信器と、
数値制御装置から測定工具の電源ON又はOFF指令を受けたとき、前記発信器から測定工具の電源ON又はOFF指令信号を発信する前に、前記複数の発信器の中から前記測定工具の位置に最も近い発信器を選択し、前記測定工具の受信器を選択した発信器の方向に向けるために必要な主軸の回転角度を演算し、その回転角度を数値制御装置に送出する測定工具の電源ON/OFF前処理部と、
を具備することを特徴としたNC工作機械のワーク測定装置。 In a workpiece measuring device for an NC machine tool having X, Y, Z orthogonal three-axis feed axes and a main spindle rotation feed axis,
A measuring tool that has a probe at the tip, a receiver and transmitter of spatial propagation waves in the body, and is detachably attached to the spindle of the machine tool;
A plurality of transmitters that are provided at appropriate intervals in a fixed portion of the structure of the machine tool, and that transmit a spatially propagated wave of information transmitted to the measurement tool;
A plurality of receivers that are provided in the vicinity of the transmitter and receive a spatially propagated wave of information transmitted from the transmitter of the measurement tool;
When receiving a power ON / OFF command of the measuring tool from the numerical control device, before transmitting a power ON / OFF command signal of the measuring tool from the transmitter, the position of the measuring tool is selected from the plurality of transmitters. Select the nearest transmitter, calculate the rotation angle of the spindle required to point the receiver of the measurement tool in the direction of the selected transmitter, and turn on the power of the measurement tool that sends the rotation angle to the numerical controller / OFF pre-processing unit,
An NC machine tool workpiece measuring device comprising:
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