JP2009125856A - 工作機械、センサモジュール、および計測方法 - Google Patents

工作機械、センサモジュール、および計測方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ワークの寸法を機内計測する工作機械であって、ワークの直径を正確に計測でき、かつ、小型化が可能な工作機械を提供すること。
【解決手段】主軸２に把持されたワークを加工するタレット旋盤１であって、複数の工具取り付け面１０を有するタレット刃物台７と、ワークの寸法を計測するためのセンサ２４と、センサ２４を保持し、複数の工具取り付け面１０のうちの１つに取り付けられ、当該工具取り付け面１０とセンサ２４との間のタレット刃物台７の径方向の距離であるセンサ距離を伸縮させる支柱２２とを備え、支柱２２の径方向の長さは、センサ距離を縮めた状態では、タレット刃物台７が回転した場合に、支柱２２及びセンサ２４がタレット旋盤１の他の構成部に干渉しない長さである。
【選択図】図１

Description

本発明は、タレット刃物台に設置された刃物で金属加工を行う工作機械に関し、特に加工対象物であるワークの寸法を計測する技術に関する。
従来、工作機械の１つとして、回転式の工具選択機構であるタレットを備えたタレット旋盤が使用されている。
図２１は、一般的な従来のタレット旋盤の一例を示す外観斜視図である。図２１に示すようにタレット旋盤２００は、主軸２及びタレット３を備える。
主軸２は、ベッド４に設けられる主軸台５に支持され、主軸チャック６にてワーク（図示せず）を把持し回転する。
タレット３は、タレット刃物台７、インデックス機構８、及びタレットスライド９からなる。
タレット刃物台７は、回転軸の周囲に複数の工具取り付け面１０を有し、インデックス機構８によって回転可能に支持されている。工具取り付け面１０には、バイトやドリルなどの工具１１が工具ステーション１１ａを介して装着される。
なお、主軸２の回転軸とタレット刃物台７の回転軸とを結ぶ直線はＸ軸に平行である。
インデックス機構８は、タレットスライド９に設置され、モータ駆動によって、タレット刃物台７を回転させることで特定の工具取り付け面１０をワーク側に位置させることができる。
図２２は、タレット旋盤２００におけるタレット刃物台７と主軸２との位置関係を示す正面図である。
図２２に示すように、ワーク１２の加工を行うための工具１１が、主軸２の回転軸を通りＸ軸に平行な直線上のワーク１２側の位置に来るようにタレット刃物台７を回転させる。なお、この回転位置にバイト等の工具１１を位置させることを、一般に、工具１１を「割り出す」ともいう。
また、インデックス機構８は、モータ駆動によりタレット刃物台７を主軸２の回転軸に平行な方向であるＺ軸方向に移動させることができる。
タレットスライド９は、ベッド４上に、Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向に移動可能に設置され、モータ駆動によって、タレット刃物台７及びインデックス機構８と共にＸ軸方向に移動する。
このようにタレット刃物台７がＸ軸方向及びＺ軸方向に移動することで、回転する主軸２に把持されたワーク１２を、ワーク１２側に割り出された工具１１で加工することができる。
以上説明した構成は、通常は筐体（図示せず）に収められ、筐体内にてワークの加工が行われる。
ここで、タレット旋盤などの工作機械には、ワークの寸法を機内で計測する機能が設けられることがある。この機能を用いて、ワークを機外に取り出すことなく寸法計測を行うことで作業効率を向上できる。
また温度変化などの機内の環境変化によるワークや機体の変位を計測し工作機械に対する制御量を校正することで高い寸法精度を維持できる。
例えば、タレット刃物台の工具取り付け面に工具ステーションまたは同様の取付具を介してセンサを取り付け、ワークの直径を計測する機能を有するタレット旋盤が存在する。
この場合、主軸の回転軸よりタレット刃物台側のワークの外周の１点以上の位置をセンサを用いて計測し、計測した値から直径を算出する。
このような算出方法を採用するのは、工具ステーション及び工具を含むタレット刃物台の最大回転半径を大きくできないことに起因する。
図２３は、一般的なタレット旋盤における、工具ステーションを含むタレット刃物台の最大回転半径と可動範囲とを示す図である。
図２３に示すように、従来のタレット旋盤２００では、タレット刃物台７は、切削位置にある工具１１が、主軸２の回転軸をわずかに越える程度の範囲でＸ軸方向に移動する。
タレット刃物台７のＸ軸方向の可動範囲がこのような範囲であることは、ワーク１２の外周の切削及び中ぐり加工等を行う上では何ら問題はない。
しかし、工具ステーション１１ａ等の取付具にセンサを取り付けた場合、実質的には主軸２の回転軸を挟んでタレット刃物台７とは反対側の位置を計測することはできない。
勿論、取付具の径方向の長さが長ければ、主軸２の回転軸より向こう側のワークの側面位置を計測することも可能である。
しかしながら、工具ステーション１１ａ等の取付具及び取り付けられる工具等を含むタレット刃物台７の最大回転半径Ｒは短くすることが望まれる。
これは、タレット刃物台７が回転する際に取付具及び工具等が機内の他の構成部に干渉しないため、タレット旋盤２００の全体のコンパクト化のため、及び、工具のタレット刃物台７に対する位置精度を担保するため等の理由による。
このように、主軸２の回転軸より一方の側のワークの外周位置を計測することで直径を算出した場合、温度変化などの機内の環境変化によるワークや機体の歪み等により、正確な値を得ることは困難である。
そこで、ワークの直径の両端の位置を計測することでワークの直径を直接的に計測する機構を有するタレット旋盤も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図２４は、ワークの直径を直接的に計測するための機構を備えた従来のタレット刃物台の一例を示す概要図である。図２４（Ａ）は前面図であり、図２４（Ｂ）は上面図である。
図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）に示すタレット旋盤５０は、タレット刃物台７の前方でタレット刃物台７中心の非回転部材に旋回可能に支持されるアーム３１を備えている。また、アーム３１の先端部にはセンサ２２が取り付けられている。
このアーム３１の長さは、タレット刃物台７が主軸２に近接した際に、ワーク１２の直径の両端（Ｐ１とＰ２）のうち、主軸２の回転軸を挟んでタレット刃物台７とは反対側の一端（Ｐ２）の位置をセンサ３２が計測可能な長さである。
タレット旋盤５０は、このような構成を採用することにより、図２４（Ｂ）に示すように、ワーク１２の直径の両端であるＰ１およびＰ２の位置を計測することができる。このようにして得たＰ１とＰ２との差分からワーク１２の直径を求めることができる。
実開平７−３９０２号公報
しかしながら、従来の技術によれば、センサを取り付けるためのアームをタレット刃物台とは別体に設けるので、タレット旋盤の小型化は困難である。
また、図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）に示すように、アームの回転半径は比較的大きなものになるため、アームの設置自体が不可能な場合もある。
さらに、アームをタレット刃物台の前方に設けるので、工具交換の際にアームが邪魔になりやすい。
本発明は、上記従来の課題を考慮し、ワークの寸法を機内計測する工作機械であって、ワークの直径を正確に計測でき、かつ、小型化が可能な工作機械を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、工作機械に取り付けられるセンサモジュールであって、ワークの直径を正確に計測でき、工作機械の小型化を可能とするセンサモジュールを提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するため、本発明の工作機械は、主軸に把持されたワークを加工する工作機械であって、複数の工具取り付け面を有するタレット刃物台と、前記ワークの寸法を計測するためのセンサと、前記センサを保持し、前記複数の工具取り付け面のうちの１つに取り付けられ、当該工具取り付け面と前記センサとの間の前記タレット刃物台の径方向の距離であるセンサ距離を伸縮させる距離伸縮機構とを備え、前記距離伸縮機構の前記径方向の長さは、前記センサ距離を縮めた状態では、前記タレット刃物台が回転した場合に、前記距離伸縮機構及び前記センサが前記工作機械の他の構成部に干渉しない長さである。
この構成によれば、センサは、距離伸縮機構を介してタレット刃物台の工具取り付け面に取り付けられる。また、センサ距離が縮められた状態では、距離伸縮機構及びセンサがタレット刃物台の回転の邪魔となることがない。
また、センサ距離が伸ばされることにより、タレット刃物台から見て主軸の回転軸よりも向こう側にセンサを位置させることが可能となる。結果として、主軸に把持されたワークの直径の両端の位置計測が可能となる。
従って、本発明は、ワークの寸法を機内計測する工作機械であって、ワークの直径を正確に計測でき、かつ、小型化が可能な工作機械を提供できる。
また、前記距離伸縮機構は、回動するアームを有し、前記アームが、端部に前記センサを保持した状態で回動することにより前記センサ距離を伸縮させるとしてもよい。
また、前記距離伸縮機構は、前記径方向に伸縮する支柱を有し、前記支柱が、工具取り付け面とは反対側の端部に前記センサを保持した状態で伸縮することにより、前記センサ距離を伸縮させるとしてもよい。
このように、本発明における距離伸縮機構は、センサ距離の伸縮、すなわちセンサの径方向の位置変更を、回転運動により行う機構であってもよく、直線運動により行う機構であってもよい。
また、前記距離伸縮機構の前記径方向の長さは、前記センサ距離を伸ばした状態では、前記主軸が把持可能な最大直径のワークを前記主軸が把持した場合に、前記ワークを挟んで前記タレット刃物台とは反対側に前記センサを位置させる長さであり、前記センサは、前記距離伸縮機構が前記センサ距離を伸ばした状態で、前記タレット刃物台が移動することにより前記タレット刃物台の回転軸と前記主軸の回転軸を含む平面上にある、前記ワークの直径の両端の位置を検出するとしてもよい。
このように、工作機械が加工の対象とするワークの最大径に応じて伸縮機構の伸びた状態での長さを決定することで、どのようなワークが主軸に把持された場合であっても、その直径を正確に計測することができる。
また、さらに、前記タレット刃物台の回転位置が、前記センサが前記ワーク側に位置する回転位置であるとき、前記距離伸縮機構に前記センサ距離を伸ばさせ、前記センサと前記ワークとの距離を変更するように前記タレット刃物台を移動させる制御部を備えるとしてもよい。
このような、タレット刃物台の回転位置及び伸縮機構の伸縮等の動作を制御する制御部を備えることで、例えばワークの直径の正確な計測を効率よく行うことができる。
また、本発明は、このような工作機械として実現できるだけでなく、このような工作機械に用いられるセンサモジュールとして実現することも可能である。
さらに、本発明は、本発明の工作機械及びセンサモジュールにおける特徴的な動作ステップを含む、ワークの直径の計測方法として実現することもできる。また、それら各ステップを工作機械及びセンサモジュールに実行させる制御プログラムとして実現することもできる。
本発明の工作機械によれば、伸縮機構を介してタレット刃物台に取り付けられたセンサにより、ワークの直径を直接的に計測することができる。また、伸縮機構等が不要に機内空間を消費することなく、かつ伸縮機構等がタレット刃物台の回転の妨げとなることはない。
このように、本発明は、機内でワークの直径を正確に計測でき、かつ、小型化が可能な工作機械を提供することができる。計測方法を提供することができる。また、本発明は、工作機械にこのような効果をもたらすセンサモジュールおよび計測方法を提供することができる。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における、工作機械の一例としてのタレット旋盤について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、実施の形態１のタレット旋盤の構成について図１〜図３を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１のタレット旋盤の外観を示す斜視図である。
図１に示すように、タレット旋盤１の基本的な構成は、図４に示される従来の一般的なタレット旋盤２００と同様であり、ワークを把持して回転する主軸２及び回転式の工具選択機構であるタレット３等を備えている。
しかしながら、タレット旋盤１は、特徴的な構成部としてさらにセンサモジュール２０を備えている。
センサモジュール２０は、タレット刃物台７の径方向に伸縮する支柱２２とワークの寸法を計測するためのセンサ２４とを有し、全体として伸縮が可能である。
また、センサモジュール２０は、工具ステーション１１ａと同様にタレット刃物台７の工具取り付け面１０に取り付けられている。
つまり、センサ２４はあたかも１つの工具かのような態様でタレット刃物台７に取り付けられている。
なお、本実施の形態のタレット旋盤１において、主軸２の回転軸とタレット刃物台７の回転軸とは平行であり、これら２つの回転軸を含む平面はＸ軸に平行である。
図２は、実施の形態１におけるセンサモジュール２０が縮んだ状態の外観を示す拡大斜視図である。
図２に示すように、センサモジュール２０は、工具取り付け面１０に取り付けられる基台２１と、基台２１からタレット刃物台７の径方向に起立する支柱２２と、計測を行う際の姿勢で支柱２２に固定されるセンサ２４とを有する。
支柱２２は、分離された支柱脚部２２ａと支柱頭部２２ｂとからなる。支柱脚部２２ａは、支柱２２の起立方向に往復動する可動部３２を持つアクチュエータ（図示せず）を有している。支柱頭部２２ｂは、アクチュエータの可動部３２に取り付けられる。
このアクチュエータにより支柱２２が伸縮する。つまり、センサモジュール２０全体としてタレット刃物台７の径方向に伸縮する。
また、センサ２４は、径方向に伸縮する支柱２２の工具取り付け面１０とは反対側の端部に保持されている。
これにより、工具取り付け面１０とセンサ２４との間のタレット刃物台７の径方向の距離であるセンサ距離を伸縮させることができる。
なお、支柱２２およびアクチュエータにより、本発明の工作機械およびセンサモジュールにおける距離伸縮機構が実現される。
また、本実施の形態においてはアクチュエータとしてエアシリンダを採用している。
ここで、タレット刃物台７には、切粉のブロー等のためにエアーが供給されている場合がある。この場合は、このタレット刃物台７に供給されるエアーを利用してエアシリンダを駆動させ、センサモジュール２０を伸縮させることができる。
図３は、実施の形態１におけるセンサモジュール２０が伸びた状態の外観を示す拡大斜視図である。
図３に示すように、支柱２２が伸長することにより、センサモジュール２０が全体として伸長する。
センサ２４は、本実施の形態においては、物体との接触を検出するいわゆるタッチ式のセンサである。
センサ２４は、センサモジュール２０が伸びた状態でタレット刃物台７が移動することで、ワーク１２の直径の両端の位置を検出することができる。
タレット旋盤１またはタレット旋盤１に接続されたコンピュータ等は、このようにして得られるワーク１２の直径の両端の位置の差分を求めることで、ワーク１２の直径を得ることができる。
このようなセンサモジュール２０の伸縮及びタレット刃物台７の移動等の動作はタレット旋盤１が備える制御部により制御される。
図４は、実施の形態１のタレット旋盤１の主要な機能構成を示すブロック図である。
図４に示すように、タレット旋盤１は、主要な機能構成として上述のタレット刃物台７等を含む機構部４０と、制御部４１とを備えている。
制御部４１は、機構部４０の動作を制御する機能を有し、例えば、中央演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置、及び情報の入出力を行うインターフェース等を有するコンピュータにより実現される。
例えば、ワークの直径を計測する場合、制御部４１は、タレット刃物台７の回転位置が、センサ２４がワーク側に位置する回転位置であるとき、センサモジュール２０を縮んだ状態から伸びた状態に変化させる。さらに、センサ２４とワークとの距離を変更するように前記タレット刃物台７を移動させる。
このような制御に従いセンサモジュール２０が伸び、タレット刃物台７が移動することで、当該ワークの直径の両端位置が計測される。
なお、ワークの加工前、加工の途中、または加工後など、所定のタイミングでワークの直径の計測が行われるようにプログラミングすることも可能である。
次に、図５及び図６を用いてセンサモジュール２０が伸縮することによる効果を説明する。
図５は、実施の形態１におけるセンサモジュール２０が縮んだ状態の外観を示す拡大正面図である。
なお、図５に示す、ワーク１２の外周上の２点であるＰ１及びＰ２は、主軸２の回転軸（＝ワーク１２の回転軸）とタレット刃物台７の回転軸とを含む平面上にあり、Ｐ１とＰ２との距離がワークの直径となる。
当該平面は、図５においては主軸２の回転軸とタレット刃物台７の回転軸とを通る直線で表されており、Ｘ軸に平行である。
また、Ｐ１は、本発明の計測方法における位置計測の対象である第１端の一例であり、Ｐ２は第２端の一例である。
図５に示すように、支柱２２のタレット刃物台７の径方向の長さは、支柱２２が縮んだ状態、つまりセンサ距離を縮めた状態では、タレット刃物台７が回転した場合に、支柱２２及びセンサ２４がタレット旋盤１の他の構成部に干渉しない長さである。つまりセンサモジュール２０の全体が他の構成部に干渉しない長さである。
例えば、工具が取り付けられた場合のタレット刃物台７の最大回転半径（Ｒ1）内になる長さであれば、タレット刃物台７が回転してもセンサモジュール２０が他の構成部に干渉することはない。
従って、このように支柱２２が縮んだ状態、つまり、センサ距離を縮めた状態であれば、タレット刃物台７は、センサモジュール２０の存在に影響されることなく、ワークの加工または工具の交換等のために自由に回転することができる。
なお、図５に示すように、Ｒ1をタレット刃物台７の回転軸から工具ステーション１１ａの先端までの距離と規定した場合、センサモジュール２０の一部がＲ1を越える場合も考えられる。
このような場合であっても、タレット刃物台７が回転したときに、センサモジュール２０が他の構成部に干渉しない領域（非干渉領域）内に納まっていればタレット刃物台７の回転動作に何ら影響を与えない。
つまり、支柱２２が縮んだ状態の長さは、支柱２２及びセンサ２４が非干渉領域内に収まる長さであればよい。
言い換えると、センサ距離を縮めた場合の支柱２２の長さは、タレット刃物台７の回転を妨げることのない長さであればよい。
ここで、タレット刃物台７は、Ｒ1が主軸２の回転軸をわずかに越える程度までＸ軸方向に移動することができる。そのため、支柱２２が縮んだ状態でも、ワーク１２の直径の両端のうち、タレット刃物台７に近いＰ１の位置を計測することはできる。
しかし、当該両端のうち、タレット刃物台７から遠いＰ２の位置を計測することはできない。
そこで、本実施の形態のタレット旋盤１は、支柱２２を伸長させることでセンサ２４によるＰ２の位置計測を可能としている。
図６は、実施の形態１におけるセンサモジュール２０が伸びた状態の外観を示す拡大正面図である。
図６に示すように、支柱２２が伸びることでセンサモジュール２０が径方向に伸びた場合、センサ２４はＲ１の外に位置することになる。
このようにセンサモジュール２０が伸びている状態であり、かつ、タレット刃物台７が主軸２方向に接近することにより、センサ２４を、主軸２の回転軸よりも向こう側、つまり当該回転軸についてタレット刃物台７とは反対側に位置させることができる。
これにより、ワーク１２の直径の両端のうち、タレット刃物台７から遠いＰ２の位置を計測することが可能となる。
例えば、主軸２が把持可能なワークの最大直径が１００ｍｍ程度である場合を想定する。この場合、支柱２２が伸びた状態でセンサ２４がＲ１から外に６０ｍｍ程度外に位置すれば、センサ２４によりＰ２の位置を計測することが可能である。
つまり、支柱２２の径方向の長さは、センサ距離を伸ばした状態では、主軸２が把持可能な最大直径のワークを主軸２が把持した場合に、当該ワークを挟んでタレット刃物台７とは反対側にセンサ２４を位置させる長さである。
支柱２２が伸びた状態の長さがこのような長さであれば、例えば、様々な大きさのワークを順次加工するような場合でも、それらワークの直径の計測が可能である。
次に、図７を用いてタレット旋盤１がワークの直径を計測する際の動作の流れについて説明する。
図７は、実施の形態１のタレット旋盤１がワーク１２の直径を計測する際の動作の流れの一例を示す動作概要図である。なお、図７に示す一連の動作は、上述の制御部４１によって制御されている。
まず、［１］タレット刃物台７が回転することにより、センサモジュール２０がワーク１２側に位置する。
このときのタレット刃物台７の回転位置は、主軸２の回転軸とタレット刃物台７の回転軸とを通る直線上にセンサ２４が位置する回転位置である（図５参照）。
次に、［２］センサ距離を伸ばした状態でタレット刃物台７がＸ軸に平行に主軸２の方向に移動する。この移動の結果、センサ２４がワーク１２との接触を検出することによりＰ１の位置が計測される。
次に、［３］タレット刃物台７は、Ｚ軸に平行に前方向（図７において下方向）に移動する。さらに、Ｘ軸に平行に、主軸２の回転軸を挟んでＰ１とは逆の方向（図７において左方向）に移動する。この移動により、センサ２４はワーク１２を越えた位置に来る。
次に、［４］タレット刃物台７は、Ｚ軸に平行に後ろ方向（図７において上方向）に移動する。さらに、Ｘ軸に平行に、主軸２の方向（図７において右方向）に移動する。この移動の結果、センサ２４がワーク１２との接触を検出することによりＰ２の位置が計測される。
本実施の形態のタレット旋盤１はこのような動作により、主軸２に把持されたワークの直径を計測することができる。
具体的には、ワークの直径の両端の位置を直接計測することにより直径を計測することができる。これにより、正確な直径の値を得ることができる。
また、このような計測を行うセンサモジュール２０は、バイト等の工具と同じく、タレット刃物台７の工具取り付け面１０に取り付けられている。
つまり、センサモジュール２０は、タレット旋盤１内の空間を不要に消費することなく、ワークの直径の正確な計測を可能とする態様でタレット旋盤１に備えられている。
また、センサモジュール２０は、ワークの直径を計測するとき以外は縮んだ状態であり、タレット刃物台７の回転を妨げることはない。
さらには、センサモジュール２０は独立して開発が可能であり、基台２１の形状または大きさ等を変更すれば、様々なタレット旋盤でワーク寸法の機内計測に用いることができる。
このように、本実施の形態のタレット旋盤１は、ワークの直径を正確に計測でき、かつ、小型化が可能な工作機械である。また、本実施の形態のセンサモジュール２０は、このような効果を工作機械にもたらすことのできるセンサモジュールである。
以上、本発明の工作機械の一例であるタレット旋盤１について説明した。しかしながら、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも本発明の範囲内に含まれる。
例えば、本実施の形態において、センサモジュール２０が計測するワークの寸法は、ワークの直径であるとし、具体的には図７に示すようにワークの外径であるとした。
しかしながら、センサモジュール２０を用いてワークの他の寸法を計測してもよい。例えば、中ぐり加工により形成される穴の直径である穴の内径を計測してもよい。
センサモジュール２０は、上述のように、センサ２４を主軸２に把持されたワークの外径の両端に位置させることができる。つまり、ワークの外径よりも短い長さである内径の両端にセンサ２４を位置させることは可能であり、これにより内径の値を正確に得ることができる。
また、本実施の形態においては、エアシリンダをアクチュエータとして採用している。しかしながら、ソレノイドや電気モータをアクチュエータとして採用してもよい。
また、センサ２４はタッチ式のセンサでなくてもよく、光学的にワークの形状及び位置等を計測するセンサでもよく、さらには、寸法以外の温度等の物性値を計測するセンサであってもよい。
また、回転式の工具選択機構としてのタレット刃物台を備える工作機械には、タレット旋盤以外にも、マシニングセンタなどがあり得る。従って、タレット旋盤以外の工作機械においても、本発明のセンサモジュールを用いて加工対象物の寸法を計測することができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２として、端部にセンサ２４を備えるアーム１２２が回動することにより、センサ距離を伸縮させることのできるセンサモジュール１２０を備えるタレット旋盤１００について説明する。タレット旋盤１００は、本発明の工作機械の別の一例である。
なお、実施の形態２のタレット旋盤１００の基本的な構成は、実施の形態１のタレット旋盤１と同じである。そこで、実施の形態２において特徴的な構成部であるセンサモジュール１２０を中心に説明する。
まず、図８〜図１１を用いて、実施の形態２におけるセンサモジュール１２０の基本的な構成について説明する。
図８は、本発明の実施の形態２におけるセンサモジュール１２０の外観を示す拡大斜視図である。
センサモジュール１２０は、基台１２１と、基台１２１に取り付けられ回動するアーム１２２と、アーム１２２と一体に回動するギアボックス１２３と、アーム１２２の回動を駆動する駆動部１２４と、センサ２４（図８に図示せず）を覆う第１カバー片１２５と第２カバー片１２６と、アーム１２２の先端部に取り付けられた後部カバー１２７とを有する。
図８は、アーム１２２を内側に収めてセンサ距離を縮めた状態のセンサモジュール１２０を示している。この状態から駆動部１２４は、アーム１２２を１８０度回動させることができる。
アーム１２２の端部に保持されているセンサ２４は、アーム１２２が回動することにより、工具取り付け面１０との距離が伸ばされることになる。
図９は、図８に示す状態からアーム１２２が９０度回動した状態のセンサモジュール１２０の外観を示す拡大斜視図である。
図１０は、図９に示す状態からアーム１２２がさらに９０度回動した状態のセンサモジュール１２０の外観を示す拡大斜視図である。
図９に示すように、アーム１２２の回動に伴い、第１カバー片１２５と第２カバー片１２６とが開く。
また、図１０に示すように、アーム１２２が図８に示す状態から１８０度回動すると、センサ距離が伸ばされた状態となり、第１カバー片１２５と第２カバー片１２６とが完全に開く。
このように、センサモジュール１２０は、アーム１２２を回動させることにより、センサ２４の径方向の位置を、工具取り付け面１０から遠い位置へ持っていくことができる。つまり、センサ距離を伸ばすことができる。
このようにセンサ距離を伸ばすことにより、センサ２４によりワークの直径の両端の位置を直接計測することが可能となる。
なお、駆動部１２４は、例えば、エアシリンダとラック・アンド・ピニオンとで構成されており、エアシリンダを駆動源としてアーム１２２を回動させることができる。
また、駆動部１２４にエアシリンダを用いた場合は、上述のように、切粉のブロー等のためにタレット刃物台７に供給されるエアーを利用することができる。
また、アーム１２２と駆動部１２４とにより本発明の工作機械およびセンサモジュールにおける距離伸縮機構が実現される。
また、図１０に示す状態から、アーム１２２が逆に１８０度回動すると、図８に示す状態、つまり、センサ距離を縮め、かつ、第１カバー片１２５と第２カバー片１２６とが閉じた状態となる。
このような第１カバー片１２５および第２カバー片１２６の開閉動作は、本実施の形態においてはギアボックス１２３およびリンク機構により実現されている。リンク機構の詳細については後述する。
なお、センサモジュール１２０がセンサ距離を縮めた状態にある場合、センサモジュール１２０の径方向の長さは、工作機械の他の構成部に干渉しない長さである。
図１１は、実施の形態２におけるセンサモジュール１２０がセンサ距離を縮めた状態の外観を示す拡大正面図である。
図１１に示すように、センサモジュール１２０がセンサ距離を縮めた状態にある場合、本実施の形態においては、センサモジュール１２０の一部が、上述の最大回転半径であるＲ1を越えている。
しかしながら、センサモジュール１２０は、非干渉領域（図１１のＲ2に示される円内）に収まっているため、センサモジュール１２０がタレット刃物台７の回転動作の妨げとなることはない。
このように、実施の形態２のセンサモジュール１２０も、実施の形態１のセンサモジュール２０と同じく、タレット刃物台７の回転の妨げとならない態様でタレット刃物台７に取り付けられている。
また、センサモジュール１２０がワーク側の切削位置にあるときにアーム１２２が回動することでセンサ距離が伸長される。これにより、ワークの直径の直接的な計測を可能としている。
次に、図１２〜図１８を用いて、実施の形態２のセンサモジュール１２０の構成および動作の詳細を説明する。
図１２は、実施の形態２のセンサモジュール１２０の構成を示す平面図である。
図１２に示すように、センサモジュール１２０は、上述のアーム１２２等の構成部の他に、カム１２８とスライド部材１２９とを備えている。
また、駆動部１２４は、タレット刃物台７の回転軸と平行、つまりＺ軸に平行な方向の駆動軸１２４ａを有する。
アーム１２２は駆動軸１２４ａと連結されており、駆動部１２４は駆動軸１２４ａを介してアーム１２２を回動させることができる。
このとき、アーム１２２に取り付けられているギアボックス１２３は、アーム１２２とともに回動する。この回動に伴いギアボックス１２３内のギアが回転し、カム１２８をＺ軸方向に平行な方向に移動させる。
このようにカム１２８が移動することにより、カム１２８に連結されたスライド部材１２９が同じ方向に移動する。
なお、スライド部材１２９は、アーム１２２およびギアボックス１２３に対してＺ軸方向に平行な方向にのみスライド可能である。これにより、スライド部材１２９に連結されたカム１２８は、アーム１２２およびギアボックス１２３に対して回転しない。
図１３は、カム１２８の外観を示す斜視図である。
カム１２３は、ギアボックス１２３内のギアの内周の突起が係合し摺動するカム溝１２８ａと、スライド部材取付部１２８ｂが取り付けられる部位であるスライド部材取付部１２８ｂとを有する。
図１４は、ギアボックス１２３の内部構造の概要を示す図である。
図１４に示すように、ギアボックス１２３は、ギアケース１２３ａと、第１ギア１２３ｂと、第２ギア１２３ｃと、第３ギア１２３ｄとを有する。
これら３つのギアのうち、第１ギア１２３ｂのみが、基台１２１に対して回転しない。具体的には、基台１２１の円筒部１２１ａ（図１２参照）に固定されている。
そのため、ギアボックス１２３が駆動軸１２４ａを中心に回動すると、第１ギア１２３ｂは、ギアケース１２３ａに対して相対的に回転することになる。
また、第３ギア１２３ｄの内周には突起１２３ｅが設けられており、第３ギア１２３ｄの内側の孔に挿入されたカム１２８のカム溝１２８ａと係合している。また、カム溝１２８ａの方向は、第３ギア１２３ｄの回転面に対して斜めの方向である。
この構造において、第３ギア１２３ｄが回転することにより、ギアボックス１２３に対して回転しないカム１２８は、Ｚ軸に平行な方向、つまり、図１４の奥方向または手前方向に移動する。
例えば、駆動軸１２４ａが図１４に示すように時計回りに回動すると、それに伴い、ギアボックス１２３が同じ方向に回動する。
このとき、基台１２１に固定された第１ギア１２３ｂは、ギアケース１２３ａに対しては反時計回りに回転する。
この第１ギア１２３ｂの回転力は第２ギア１２３ｃを介して、第３ギア１２３ｄに伝わり、第３ギア１２３ｄは反時計回りに回転する。これにより、カム１２８はＺ軸に平行な方向に移動する。
図１５は、カム１２８が移動する様子を示す模式図である。
図１５に示すように、突起１２３ｅは、カム溝１２８ａをなぞりながらＺ軸に垂直な方向に移動する。これにより、カム１２８はＺ軸に平行な方向へ移動する。
例えば、図１５の左方向が、図１４の奥方向である場合、ギアボックス１２３が時計回りに回動することで、第３ギア１２３ｄは反時計回りに回転する。これにより、カム１２８は、図１４の手前方向（図１５の右方向）に移動する。
また、ギアボックス１２３が反時計回りに回動すると、カム１２８は、図１４の奥方向（図１５の左方向）に移動する。
このようなカム１２８の移動に伴ってスライド部材１２９が移動し、リンク機構により第１カバー片１２５および第２カバー片１２６が開閉する。
図１６は、第１カバー片１２５および第２カバー片１２６が閉じた状態を示す図である。
図１６に示すように、第１カバー片１２５は、後部カバー１２７と第１ピン１２５ａで回動可能に連結されており、第１ピン１２５ａを回動軸として回動することができる。
また、第２カバー片１２６は、後部カバー１２７と第２ピン１２６ａで回動可能に連結されており、第２ピン１２６ａを回動軸として回動することができる。
また、第１カバー片１２５および第２カバー片１２６のそれぞれはスライド部材１２９とリンクで連結されている。
図１６に示す状態から、カム１２８が、センサ２４が存在する方向、つまり図１６における右方向に移動すると、スライド部材１２９も右方向に移動する。
スライド部材１２９が右方向に移動すると、リンク機構により、第１カバー片１２５が図１６の上方向に回動する。また、第２カバー片１２６が下方向に回動する。つまり、第１カバー片１２５および第２カバー片１２６が開くように回動する。
このようにカム１２８の右方向への移動に伴い、第１カバー片１２５および第２カバー片１２６が次第に開いていき、図１７に示す状態を経て図１８に示す状態になる。
図１７は、第１カバー片１２５および第２カバー片１２６が完全に開く前の状態を示す図であり、図１８はこれらが完全に開いた状態を示す図である。
図１８に示すように、第１カバー片１２５および第２カバー片１２６のそれぞれが略９０度だけ回動することにより、センサ２４によるワークの寸法の計測時にこれらカバー片が邪魔になることがない。
また、これらカバー片内に切粉等のごみが存在する場合でも、そのごみをカバー片内から外部に排出することができる。つまり、これらカバー片内にごみが堆積することを防ぐことが出来る。
なお、図１８に示す状態から、カム１２８の左方向へ移動することにより、第１カバー片１２５および第２カバー片１２６は図１６に示す位置まで戻る。
図１９は、第１カバー片１２５および第２カバー片１２６が開く際のセンサモジュール１２０の動作の流れを示す図である。
なお、図１９の上段は、図１６に対応する図であり、図１９の中段は、図１７に対応する図であり、図１９の下段は、図１８に対応する図である。
図１９の上段は、センサ距離が最も短い状態であり、この状態からアーム１２２が９０度回動すると図１９の中段に示す状態になる。さらにアーム１２２が９０度回動すると図１９の下段に示す状態になる。
このように、アーム１２２が回動することにより、上述のリンク機構により第１カバー片１２５および第２カバー片１２６が次第に開いていく。
また、図１９の下段に示すように、センサ距離が伸ばされた状態になると、アーム１２２は回動を停止し、ワーク１２の寸法の計測が開始される。
図２０は、ワーク１２の直径を計測する際の、センサモジュール１２０とワーク１２との位置関係の一例を示す図である。
図２０に示すように、アーム１２２が回動し、センサ距離を伸ばすことにより、タレット刃物台７から近いＰ１の位置のみならずタレット刃物台７から遠いＰ２の位置の計測も可能となる。つまり、ワーク１２の直径を直接計測することができる。
ワーク１２の直径の計測の際のタレット刃物台７の動きは図７に示すものと同じである。
すなわち、センサ距離を伸ばした状態で、タレット刃物台７がＸ軸に平行な方向への移動およびＺ軸に平行な方向への移動を繰り返すことにより、Ｐ１とＰ２の位置を計測する。
なお、このようなアーム１２２の回動およびタレット刃物台７の移動は、実施の形態１における支柱２２の伸縮等と同じく、制御部４１によって制御される。
実施の形態２のタレット旋盤１００はこのような動作により、実施の形態１のタレット旋盤１と同じく、主軸２に把持されたワークの直径を直接計測することができる。これにより、正確な直径の値を得ることができる。
また、実施の形態２におけるセンサモジュール１２０は、実施の形態１におけるセンサモジュール２０と同じく、タレット旋盤１００内の空間を不要に消費することなく、かつ、タレット刃物台７の回転を妨げることはない。
また、必要なときにのみ、アーム１２２を回動させてセンサ距離を伸ばすことで、ワークの寸法を直接計測することができる。
また、センサモジュール１２０も独立して開発が可能であり、基台１２１の形状または大きさ等を変更すれば、様々なタレット旋盤でワーク寸法の機内計測に用いることができる。
このように、実施の形態２のタレット旋盤１００は、ワークの直径を正確に計測でき、かつ、小型化が可能な工作機械である。また、本実施の形態のセンサモジュール１２０は、このような効果を工作機械にもたらすことのできるセンサモジュールである。
なお、本実施の形態において、センサモジュール１２０のアーム１２２の回動軸となる駆動軸１２４ａは、タレット刃物台７の回転軸と平行であるとした。しかしながら、駆動軸１２４ａは別の方向を向いていてもよい。
要するに、駆動軸１２４ａの方向は、アーム１２２を回動させることで、タレット刃物台７の回転の妨げとならず、計測対象のワークの直径を直接計測できるようにセンサ距離を伸縮させることが可能な方向であればよい。
また、センサモジュール１２０を用いてワークの直径以外の寸法を計測してもよい。例えば、中ぐり加工により形成される穴の直径である穴の内径を計測してもよい。
また、駆動部１２４の駆動源としてエアシリンダに換えてソレノイドや電気モータを駆動源として採用してもよい。
また、センサ２４はタッチ式のセンサでなくてもよく、光学的にワークの形状及び位置等を計測するセンサでもよい。さらには、寸法以外の温度等の物性値を計測するセンサであってもよい。
また、タレット旋盤以外の工作機械においても、実施の形態２のセンサモジュールを用いて加工対象物の寸法を計測することができる。
本発明の工作機械は、例えばタレット旋盤やマシニングセンタといった、工具選択機構としてのタレットを有する工作機械として広く利用できる。
また、本発明のセンサモジュールは、工具選択機構としてのタレットを有する工作機械におけるワークの寸法の計測機構として広く利用できる。
本発明の実施の形態１のタレット旋盤の外観を示す斜視図である。 実施の形態１におけるセンサモジュールが縮んだ状態の外観を示す拡大斜視図である。 実施の形態１におけるセンサモジュールが伸びた状態の外観を示す拡大斜視図である。 実施の形態１のタレット旋盤の主要な機能構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるセンサモジュールが縮んだ状態の外観を示す拡大正面図である。 実施の形態１におけるセンサモジュールが伸びた状態の外観を示す拡大正面図である。 実施の形態１のタレット旋盤がワークの直径を計測する際の動作の流れの一例を示す動作概要図である。 本発明の実施の形態２におけるセンサモジュールの外観を示す拡大斜視図である。 図８に示す状態からアームが９０度回動した状態のセンサモジュールの外観を示す拡大斜視図である。 図９に示す状態からアームがさらに９０度回動した状態のセンサモジュールの外観を示す拡大斜視図である。 実施の形態２におけるセンサモジュールがセンサ距離を縮めた状態の外観を示す拡大正面図である。 実施の形態２のセンサモジュールの構成を示す平面図である。 カムの外観を示す斜視図である。 ギアボックスの内部構造の概要を示す図である。 カムが移動する様子を示す模式図である。 第１カバー片および第２カバー片が閉じた状態を示す図である。 第１カバー片および第２カバー片が完全に開く前の状態を示す図である。 第１カバー片および第２カバー片が完全に開いた状態を示す図である。 第１カバー片および第２カバー片が開く際のセンサモジュールの動作の流れを示す図である。 ワークの直径を計測する際の、センサモジュールとワークとの位置関係の一例を示す図である。 一般的なタレット旋盤の主要部の一例を示す外観斜視図である。 一般的なタレット旋盤におけるタレット刃物台と主軸との位置関係を示す正面図である。 一般的なタレット旋盤におけるタレット刃物台の最大回転半径と可動範囲とを示す図である。 ワークの直径を計測するための機構を備えた従来のタレット刃物台の一例を示す概要図である。
符号の説明
１、１００ タレット旋盤
２ 主軸
３ タレット
４ ベッド
５ 主軸台
６ 主軸チャック
７ タレット刃物台
８ インデックス機構
９ タレットスライド
１０ 工具取り付け面
１１ 工具
１１ａ 工具ステーション
１２ ワーク
２０、１２０ センサモジュール
２１、１２１ 基台
２２ 支柱
２２ａ 支柱脚部
２２ｂ 支柱頭部
２４ センサ
３２ 可動部
４０ 機構部
４１ 制御部
１２２ アーム
１２３ カム
１２３ ギアボックス
１２３ａ ギアケース
１２３ｂ 第１ギア
１２３ｃ 第２ギア
１２３ｄ 第３ギア
１２３ｅ 突起
１２４ 駆動部
１２４ａ 駆動軸
１２５ 第１カバー片
１２６ 第２カバー片
１２７ 後部カバー
１２８ カム
１２８ａ カム溝
１２８ｂ スライド部材取付部
１２９ スライド部材

Claims (11)

  1. 主軸に把持されたワークを加工する工作機械であって、
    複数の工具取り付け面を有するタレット刃物台と、
    前記ワークの寸法を計測するためのセンサと、
    前記センサを保持し、前記複数の工具取り付け面のうちの１つに取り付けられ、当該工具取り付け面と前記センサとの間の前記タレット刃物台の径方向の距離であるセンサ距離を伸縮させる距離伸縮機構とを備え、
    前記距離伸縮機構の前記径方向の長さは、前記センサ距離を縮めた状態では、前記タレット刃物台が回転した場合に、前記距離伸縮機構及び前記センサが前記工作機械の他の構成部に干渉しない長さである
    ことを特徴とする工作機械。
  2. 前記距離伸縮機構は、回動するアームを有し、前記アームが、端部に前記センサを保持した状態で回動することにより前記センサ距離を伸縮させる
    請求項１記載の工作機械。
  3. 前記距離伸縮機構は、前記径方向に伸縮する支柱を有し、前記支柱が、前記工具取り付け面とは反対側の端部に前記センサを保持した状態で伸縮することにより、前記センサ距離を伸縮させる
    ことを特徴とする請求項１記載の工作機械。
  4. 前記距離伸縮機構の前記径方向の長さは、前記センサ距離を伸ばした状態では、前記主軸が把持可能な最大直径のワークを前記主軸が把持した場合に、前記ワークを挟んで前記タレット刃物台とは反対側に前記センサを位置させる長さであり、
    前記センサは、前記距離伸縮機構が前記センサ距離を伸ばした状態で、前記タレット刃物台が移動することにより前記タレット刃物台の回転軸と前記主軸の回転軸を含む平面上にある、前記ワークの直径の両端の位置を検出する
    ことを特徴とする請求項１記載の工作機械。
  5. さらに、前記タレット刃物台の回転位置が、前記センサが前記ワーク側に位置する回転位置であるとき、前記距離伸縮機構に前記センサ距離を伸ばさせ、前記センサと前記ワークとの距離を変更するように前記タレット刃物台を移動させる制御部を備える
    ことを特徴とする請求項４記載の工作機械。
  6. タレット刃物台に複数設けられる工具取り付け面の１つに取り付けられるセンサモジュールであって、
    前記ワークの寸法を計測するためのセンサと、
    前記センサを保持し、前記センサモジュールが工具取り付け面に取り付けられた場合の前記工具取り付け面と前記センサとの間の前記タレット刃物台の径方向の距離であるセンサ距離を伸縮させる距離伸縮機構とを備え、
    前記距離伸縮機構の前記径方向の長さは、前記センサ距離を縮めた状態では、前記タレット刃物台が回転した場合に、前記距離伸縮機構及び前記センサが前記工作機械の他の構成部に干渉しない長さである
    ことを特徴とするセンサモジュール。
  7. 前記距離伸縮機構は、回動するアームを有し、前記アームが、端部に前記センサを保持した状態で回動することにより前記センサ距離を伸縮させる
    ことを特徴とする請求項６記載のセンサモジュール。
  8. 前記距離伸縮機構は、前記径方向に伸縮する支柱を有し、前記支柱が、前記工具取り付け面とは反対側の端部に前記センサを保持した状態で伸縮することにより、前記センサ距離を伸縮させる
    ことを特徴とする請求項６記載のセンサモジュール。
  9. 主軸に把持されたワークをタレット刃物台に取り付けられた工具によって加工する工作機械における、センサを用いた前記ワークの直径の計測方法であって、
    前記タレット刃物台の複数の工具取り付け面のうちの１つには、前記センサを保持し、当該工具取り付け面と前記センサとの間の前記タレット刃物台の径方向の距離であるセンサ距離を伸縮させる距離伸縮機構が備えられており、
    前記計測方法は、
    前記センサが前記ワーク側に位置するように前記タレット刃物台を回転させる回転ステップと、
    前記距離伸縮機構が前記センサ距離を伸ばす伸長ステップと、
    前記センサ距離が伸びた状態で前記タレット刃物台を移動させることにより、前記タレット刃物台の回転軸と前記主軸の回転軸を含む平面上にある、前記ワークの直径の両端である第１端及び第２端のうち、前記タレット刃物台に近い前記第１端の位置を前記センサを用いて計測する第１計測ステップと、
    前記センサ距離が伸びた状態で前記タレット刃物台を移動させることにより、前記第２端の位置を前記センサを用いて計測する第２計測ステップと
    を含むことを特徴とする計測方法。
  10. 前記伸縮機構は、回動するアームを有し、前記センサは前記アームの端部に保持されており、
    前記伸長ステップでは、前記アームが回動することにより前記センサ距離を伸ばす
    ことを特徴とする請求項９記載の計測方法。
  11. 前記伸縮機構は、伸縮する支柱を有し、前記センサは前記支柱の前記工具取り付け面とは反対側の端部に保持されており、
    前記伸長ステップでは、前記支柱が伸長することにより前記センサ距離を伸ばす
    ことを特徴とする請求項９記載の計測方法。
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