JP2008524004A - 工作機械用の用具調整測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は工作機械の用具設定用の測定装置に関する。この測定装置は、凹部（２）を有するハウジング（１）を備える。この凹部はその頂部で開いており、その中に垂直に取り外すことが可能であるように測定ディスク（３）を取り付けることが可能である。測定ディスク（３）は、１つ以上の停止部（４）に対して弾力的に予め留められた状態に置かれる。本発明では、測定ディスク（３）と停止部（４）との間の接触領域に電気接点（５）が配置され、少なくとも測定ディスク（３）の上面は耐摩耗性の被覆を備える。

Description

本発明は工作機械用の用具調整測定装置に関する。詳細には、本発明は用具の寸法制御又は調整制御の可能な測定器（Ｍｅｓｓｄｏｓｅ）に関する。

加工用具は、工作機械上で工作物を加工するために用いられる。所望の加工精度を達成するには、加工用具の寸法（例えば、フライス盤の長さ又は直径）を知っている必要がある。

制御式の工作機械の場合、加工自体に先立って、特定の加工用具によって実行される加工プログラムが、設定又はプログラムされる。ここで、特に加工用具の形状は、プログラム中に既に決定されている。フライス盤の場合、これは例えば、エンドミルカッターの長さ及び直径である。加工自体については、可能な限りプログラムのパラメータに正確にマッチする用具が用いられる必要がある。

用具の正しい選択によって、一定の寸法、例えば、エンドミルカッターの直径が満たされる必要がある。しかしながら、加工中、インフィード研削の適応によって補正され得る寸法も存在する。エンドミルカッターを用いることによる加工用のフライス盤の場合、用具長さは、例えば、用具軸方向へのインフィード研削の適応によって調整される場合がある。そうした調整を自動的に実行するために、最新の工作機械においては、加工用具の自動測定を可能とする測定手段が用いられる。通常、それらは、ライトバリアのように構成される測定レーザ、又は異なる種類の測定器である。

最新の制御式工作機械（ＮＣ工作機械）による加工精度の増大によって、工作機械における用具測定の精度はますます重要となる。既知の用具測定手法では、限られた精度しか得られない。

本発明の１つの目的は、単純構造を有し、簡単かつ安価に製作可能であると同時に、最大限の精度を与える、前述の種類の装置を提供することである。

本発明は、非常に高い測定精度を提供する、用具調整測定装置又は測定器に関する新規な構造をそれぞれ提供する。
セラミックス又は任意の他の適切な材料からなる測定ディスクは、例えば、研磨によって、１つの側面を高い精度で平坦化される。測定ディスクは円形状に形成されるが、矩形状であってもよく、他の形状を有してもよい。測定ディスクの材料は、鋭く硬い切削用具による測定処理によって測定ディスクが損傷を受けず、多数の測定後にも事実上摩耗しないように選択される。

測定ディスクが導体材料から構成されていない場合、測定ディスクの１つの縁部は、高い精度で平坦化されている１つの側面上を導電性材料によって被覆される。この場合、測定面、即ち、高い精度で加工されている１つの側面の測定ディスクの内側部分は、測定処理中の加工用具との電気接触を防止するために、電気絶縁材料によって被覆されてもよい。導電性の接触面が測定面に対する高い平行度を有することは重要である。

記載の測定ディスクは、高い精度の側面を上方へ向けて、ハウジングに組み込まれる。ハウジングにおいて、測定ディスクは、高い精度で平坦化された１つの側面に対し垂直な方向に、測定処理に必要とされる間隙の量（運動に対する許容範囲）を有する。ハウジングでは、３つの接点が測定ディスクの上にほぼ１２０度だけ離して平面に配置される。これらの接点は、切削屑又は他の物からそれらの接点を保護するため、上方に位置するハウジングによって覆われてよい。測定ディスクの下には、ハウジングの底部に測定ディスクの支持面が配置され、またハウジングの中央には、開口部、例えば、ボア穴がある。

ボア穴を通じて、測定ディスクに対し、底部から上方へ荷重としての空気圧が与えられる。空気圧が充分に強く調整される場合、測定ディスクはハウジングの底部から浮揚し、３つの接点に対して押しつけられる。接触力は空気圧の強度によって調整可能である。接点は測定ディスクの接触力によって押しつけられたり、別な手段によってその位置を変更したりしないよう、安定に形成される。この目的のために、それらの接点は例えば、安定リング上に配置される。

測定ディスクが３つの接点に対して押しつけられる場合、電気回路はこれらの接点によって閉じられる。接点は、測定ディスクの導電性の外部リングを通じて電気的に接続される。これによって測定ディスクの初期位置が検知され、測定器は動作のための準備を完了する。加工用具による測定処理中、加工用具は工作機械によって、高い精度で平坦化されている測定器の１つの表面に向かう方向に対して垂直に、頂部から移動される。加工用具が測定ディスクに接するとき、測定ディスクは押され、３つの接点のうちの１つ以上から遠ざけられる。この接点を通じる電気回路は切断される。これは、適切な回路によって、確実かつ非常に高速に検知され得る。これによって、用具の長さが検知される。機械は測定器の損傷を防止するために、接点のうちの１つを開いた直後に、インフィード運動を中断（停止）する。これによって、測定ディスクが測定器中に押し込まれ過ぎることが防止される。

測定信号は、例えば、接点のうちの１つが開くとき、ＮＣ工作機のコントローラへ入力される。このときに、例えば、測定処理のために移動される軸の位置もコントローラによって決定されてよく、結果的に、加工用具の決定される寸法、例えば、長さが測定されてもよい。

本発明のさらなる利点は、測定加重をほとんど任意に調整する可能性である。測定ディスクを３つの接点に対し押しつける空気圧は、単に測定ディスクの自己重量を保持するのに充分でしかないほど弱く調整されてもよい。用具の非常に小さな荷重は、接点のうちの１つを開き、測定信号を遮断するのに充分である。

さらなる利点はフェイルセーフ性である。測定ディスクはブレーク接点として動作するので、ケーブル破損などの故障は確実に検知され得る。電気回路は測定ディスクが休止位置にあるときに閉じない。この場合、測定は全く開始されない。これによって、潜在的な損傷は安全に防止される。

電流レベル又は電圧レベルはそれぞれ、接点及び測定ディスクが維持され、スパークのために摩耗などの発生することのないように低く選択されてよい。
さらなる利点は、ハウジングの側面をわずかに円錐形に形成することである。測定ディスクが測定処理後に上方へ押される場合、正しい芯決め部はこのように与えられる。

測定処理中に機械のインフィード方向に対して垂直な測定面を正確に整合することが可能であるには、面を整合するために、測定面を小板上に配置し、３つの角において測定面に調整トレッドを提供することは有利である。各々の角には、互いに対して留められるテ
ンションスクリュー及びプレッシャースクリューが、１つの位置においてしっかりと面を留めるように配置されてもよい。

測定面に対する接触面の平行度が充分には正確でない場合、これに加えて、面内の測定ディスクのねじれに対する適切な保護が提供される必要がある。これは、小さなピン若しくは溝を備えるボア穴又は他の適切な幾何学的設計によって達成されてもよい。

空気圧を用いる代わりに、測定ディスクは１つ以上のばねによって接点に対して押しつけられてもよい。また、付勢力は、１つ以上のばねを適切に選択することによって調整可能である。

円筒状の測定ディスクの測定面が接点のカバーの下に位置するので、この構成の場合、掃除はあまり簡単ではなく、測定面上に汚れがより容易に蓄積し得る。段を有する測定ディスクが好適である。この測定ディスク形状では、測定面は接点のカバーより高く位置する。汚れは拭き取ることによって簡単に除去され得る。測定ディスクとカバーとの間の間隙は、そこに汚れが堆積しないように非常に小さく設計されてよい。加えて、空気によって測定ディスクを付勢する実施形態では、放出する空気が測定ディスクとカバーとの間の間隙を清浄に保持する。１つ以上のばねを用いる実施形態では、これに加えて適切なシーリング、例えば、低摩擦のベローズシール（ｌｅｉｃｈｔｇａｅｎｇｉｇｅ Ｂａｌｇｄｉｃｈｔｕｎｇ）が提供されてもよい。

また、拡張した測定面によって測定ディスクとカバーとの間の間隙が頂部から覆われるように、測定ディスクをマッシュルーム状に形成することも可能である。この場合、その製造を単純化するために、測定ディスクは２つの部分に形成され得ることが必要なことがある。この２つの部分は接合又は螺合によって接続されてよい。

また、汚染から測定面を保護するために、測定装置を通じて水平方向に送風する遮断エアカーテンが設置されてもよい。測定面に対する切削屑又は汚れ粒子の落下は、測定面に達する前にこの遮断エアカーテンによって捕捉され、水平方向に吹き飛ばされる。

本発明の装置は、ハウジング１を備える。ハウジング１は、例えば、円筒状に形成されている。ハウジング１の底面は平坦に研磨される。ハウジング１は、ハウジング１を整合するために、例えば、固定ねじなど、追加の調整手段を備えてもよい。さらに、このハウジングは、工作機械の適切な位置にハウジングを取り付けるために、固定手段を備えてもよい（図示せず）。

凹部２はハウジング１の中央に形成され、この凹部はインレット９で終わっている。インレットは圧縮空気を供給するように作用するが、これについては後述する。
凹部２の上部では、耐摩耗性の材料からなる平坦に研磨された測定ディスク３が、垂直に移動可能であるように支持されている。図１の例では、測定ディスクは凹部２における正圧によって上部に示され、そこで測定ディスク３はハウジングの環状の絶縁停止部４の領域に形成されている接点５に接している。この実施形態では、ハウジングは２つの部分から形成され、したがって、ハウジングカバー１０を備える。ハウジングカバー１０は、ハウジング１の基部に対応して、固定、例えば、螺合される。

環状の停止部４は電気絶縁材料からなる。
測定ディスク３の上面には、導電性材料からなる平坦に研磨された接触リングが適用される。接点５に接触リング１１を接触させることによって導通が生じ、それによって、個々の接点５の間に対応する電流が発生する。例示を明確にするために、１つの接点５しか
示さない。好適には、これらの接点のうちの３つは周辺部の回りに均等に分配される。

図１に示すように、測定ディスク３が付勢された状態となると即座に、電流が接点５を通じて伝導される。これによって、測定ディスク３の休止状態が検知され得る。記載のように、ここで、用具がハウジングカバー１０の中央凹部１２に挿入され、低下される場合、用具は測定ディスク３の表面に接触する。これによって、測定ディスク３はその付勢された位置から動かされる。これによって接点５の導通の変化が生じ、この変化は工作機械のコントローラによって電気的に検出可能、かつ、処理可能である。この結果、本発明の装置の非常に正確なセンサ効果が生じることによって、高い精度で、かつ、最短期間内に、用具の寸法が検知され得る。本発明では、接触リング１１によって接点５の電気的な接続が生じる。測定ディスク３が押し下げられるという事実のために、これらの接続のうちの１つが切断される場合、個々の接点間の電流は変化する。これによって、計測学的に用いられ得る信号変化が生じる。したがって、接触リング１１は個々の接点５の間にブリッジを形成する。測定ディスクの寸法及び設計に応じて、例えば、３つの接点５が周辺部の回りに均等に、例えば、１２０度だけ離して分配されてよい。

図３〜５には、測定ディスクの異なる実施形態を示す。図４には、図１の実施形態による測定ディスクを示す。測定ディスクは平坦に研磨されたディスクとして形成される。図３の実施形態では、肩部７は測定ディスク３の中央に提供され、ハウジングカバー１０の中央凹部１２にマッチするように寸法決定される。付勢された状態（図１の例に類似）では、肩部７は、ハウジングの表面８と共に全体で平坦な表面を生じるように、中央凹部１２に正確に適合する。このため、汚れによる汚染又は汚れの侵入は防止され得る。

図５に示す測定ディスク３の実施形態は同様の効果を有し、この場合には肩部７はマッシュルーム状に形成される。
参照符号６は、ハウジングカバー１０の円錐形の壁として形成される芯決め部を表す。円錐形の芯決め部６によって、測定ディスク３が、低下の後、続く測定処理において図示していない用具と接触すると、図１に示すその中央の初期位置に戻ることが保証される。これによって、測定ディスクが傾斜すること又は詰まることが排除される。

本発明の装置の一実施形態の断面図。 図１に示す装置の斜視図。 測定ディスクの異なる実施形態の斜視図及び断面図。 測定ディスクの異なる実施形態の斜視図及び断面図。 測定ディスクの異なる実施形態の斜視図及び断面図。

Claims (10)

1. 工作機械用の用具調整測定装置であって、頂部で開いた凹部（２）を有するハウジング（１）と、凹部（２）において測定ディスク（３）は垂直に移動可能であるように支持されていることと、測定ディスク（３）は１つ以上の停止部（４）に対して弾力的に付勢されていることと、電気接点（５）は測定ディスク（３）と停止部（４）との間の接触領域に配置されていることと、少なくとも測定ディスク（３）の上面は耐摩耗性材料を備えることと、からなる装置。
2. 測定ディスク（３）は耐摩耗性の材料からなる請求項１に記載の装置。
3. 測定ディスク（３）の表面は平坦である請求項１又は２に記載の装置。
4. 測定ディスク（３）の接触部分は導電性材料によって被覆されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 測定ディスク（３）は導電性材料からなる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
6. 測定ディスク（３）は正圧の空気によって弾力的に凹部（２）に付勢されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 測定ディスク（３）は弾性部材によって付勢されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
8. 弾性的な付勢力は調整可能である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. ハウジング（１）は測定ディスク（３）のための芯決め部（６）を備える請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
10. 測定ディスク（３）はハウジング（１）の表面の（８）との面一整合のための頭上の肩部（７）を備える請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。

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