JP2012024906A

JP2012024906A - 振れ測定位置設定方法

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Publication number: JP2012024906A
Application number: JP2010168381A
Authority: JP
Inventors: Shugo Arakawa; 修吾荒川; Takeshi Kosaka; 武小坂; Taichi Koike; 太一小池; Kenichi Masuda; 憲一増田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: JP5570339B2

Abstract

【課題】効率的に工具の振れ測定位置を設定することができる振れ測定位置設定方法を提供すること。
【解決手段】振れ測定装置２０は、測定範囲ＤＢ３２により、複数の工具Ｔのそれぞれにおける振れセンサ２１の振れ測定値が要件値となる第１の測定位置から、この振れ測定値が振れセンサ２１の測定限界値となる第２の測定位置までの範囲を、この複数の工具Ｔの取付位置からの距離に対する振れ測定可能範囲Ｄ_ｍとして予め記憶する。また、振れ測定装置２０は、距離センサ２２により測定された、工具Ｔの取付位置から先端までの距離と、測定範囲ＤＢ３２に基づいて、振れセンサ２１の工具Ｔの振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出し、算出された振れ測定可能範囲Ｄ_ｍに基づいて、振れセンサ２１の振れ測定位置を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、振れ測定位置設定方法に関する。

マシニングセンタ等の工作機械においては、この工作機械に設けられたモータの回転軸にドリルやリーマ等の工具を装着し、このモータにより工具を回転させながら工具をワークに接触させて、ワークの加工を行う。

しかしながら、工具の回転軸からの偏心等によって、工具に振れが発生する場合がある。この振れが予め規定した許容量より大きい場合、ワークの加工精度が低下したり、工具が破損したりするおそれがある。そこで、ワークの加工前に、工具の振れを測定し、許容量より小さいか否かを判定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、工作機械には、工具の交換を行う工具マガジンを備えているものがある。この工具マガジンは、径や、長さといったサイズの異なる複数の工具を収納する工具ホルダを備えており、工作機械の制御部からの指令に応じて、工具マガジンに収納されている工具を工作機械に装着する。このようにすることで、このような工作機械では、工具マガジンにより自動的に工具の交換を行うことができる。

特開２００７−１９８９４４号公報

ところで、この工具マガジンにより工具の交換を行った場合についても、ワークの加工精度の低下や、工具の破損を防止するために、工具の振れを測定する必要がある。工具マガジンに収納されている複数の工具は、それぞれサイズや形状等が異なるので、振れを測定する位置が異なる。また、振れを測定するセンサは、測定限界値を有するので、この測定限界値よりも振れが大きい位置において、振れを測定する必要がある。このようなことから、新規の工具を工具マガジンに収納させる場合には、この新規の工具の振れを測定する位置を求める作業が必要となり、この作業が煩雑となっていた。

本発明は、効率的に工具の振れ測定位置を設定することができる振れ測定位置設定方法を提供することを目的とする。

本発明の振れ測定位置設定方法は、工作機械（例えば、後述の工作機械）に装着される回転工具（例えば、後述の工具Ｔ）の振れをセンサ（例えば、後述の振れセンサ２１）により測定する振れ測定装置（例えば、後述の振れ測定装置２０）が、前記センサの振れ測定位置を設定する振れ測定位置設定方法であって、前記振れ測定装置は、複数の回転工具それぞれにおける、振れ測定値が要件値となる第１の測定位置から、該振れ測定値が前記センサの測定限界値となる第２の測定位置までの範囲を、前記複数の回転工具の取付位置からの距離に対する振れ測定可能範囲（例えば、後述の振れ測定可能範囲Ｄ_ｍ）として予め記憶する範囲記憶手段を備え、前記工作機械に装着される前記回転工具の取付位置から先端までの距離（例えば、後述のプリセット長Ｄ_ｐ）を測定する距離測定ステップと、前記距離測定ステップにおいて測定された前記距離と、前記範囲記憶手段に記憶されている振れ測定可能範囲とに基づいて、前記センサの前記回転工具の振れ測定可能範囲を算出する範囲算出ステップと、前記範囲算出ステップにおいて算出された前記振れ測定可能範囲に基づいて、前記センサの前記振れ測定位置を設定する位置設定ステップと、を含む。

この発明によれば、振れ測定装置は、範囲記憶手段により、複数の回転工具それぞれにおけるセンサの振れ測定値が要件値となる第１の測定位置から、この振れ測定値がセンサの測定限界値となる第２の測定位置までの範囲を、この複数の回転工具の取付位置からの距離に対する振れ測定可能範囲として予め記憶する。また、振れ測定装置は、測定された回転工具の取付位置から先端までの距離と、範囲記憶手段に基づいて、センサの回転工具の振れ測定可能範囲を算出し、算出された振れ測定可能範囲に基づいて、センサの振れ測定位置を設定する。

このようにすることで、振れ測定位置設定方法は、複数の回転工具それぞれにおいて予め算出されている振れ測定値と、この測定値に対応する測定位置との傾向に基づいて、振れ測定可能範囲を算出し、この振れ測定可能範囲に基づいて、新規の回転工具の振れ測定可能範囲を算出することができる。すなわち、振れ測定位置設定方法は、既存の複数の回転工具のそれぞれにおける振れの傾向に基づいて、新規の回転工具の振れ測定可能範囲を算出可能とするので、この振れ測定可能範囲が、統計的に振れ測定が可能となる蓋然性が高いものとなる。したがって、振れ測定位置設定方法は、効率的に工具の振れ測定位置を設定することができる。

また、本発明の振れ測定位置設定方法は、前記振れ測定装置が、前記回転工具の取付位置から先端までの距離を記憶する距離記憶手段を更に備え、前記距離測定ステップにおいて測定された前記距離を、前記距離記憶手段に予め記憶させるステップを更に含み、前記範囲算出ステップは、前記距離記憶手段に予め記憶されている前記距離と、前記範囲記憶手段に記憶されている振れ測定可能範囲とに基づいて、前記センサの前記回転工具の振れ測定可能範囲を算出することが好ましい。

このようにすることで、回転工具を工作機械に取り付けた場合に、距離を測定する必要がないので、振れセンサの振れ測定位置を設定する時間を短縮することができる。

本発明によれば、効率的に工具の振れ測定位置を設定することができる。

本実施形態に係る振れ測定装置を備える工作機械を部分的に示す図である。本実施形態に係るコントローラの構成を示すブロック図である。本実施形態に係る工具の突き出し量を変化させて穿孔した場合の、ワークの穴径変化量を示す図である。本実施形態に係る測定結果ＤＢに記憶されている測定値に基づいて作成されるグラフの一例である。本実施形態に係る測定範囲ＤＢに記憶されている振れ測定可能範囲に基づいて作成されるグラフの一例である。本実施形態に係る振れセンサの振れ測定位置を設定する処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る振れ測定装置２０を備える工作機械を部分的に示す図である。工作機械には、スピンドルユニット１０が設けられている。このスピンドルユニット１０は、スピンドル１１と、モータ１２とを備える。

スピンドル１１は、モータ１２に連結されているとともに、交換可能な回転工具として工具Ｔが装着されている。
この工具Ｔは、図示しない工具マガジンが備える工具ホルダに複数格納されており、この工具ホルダに格納されている工具Ｔのうちのいずれかが工具マガジンによってスピンドル１１に装着される。工作機械は、スピンドルユニット１０の位置制御を行いながらモータ１２を駆動することにより、スピンドル１１に装着された工具Ｔを図示しないワークに接触させて、このワークの加工を行う。

振れ測定装置２０は、スピンドル１１に装着された工具Ｔの振れを測定する振れセンサ２１と、スピンドル１１に装着された工具Ｔの取付位置から先端までの距離を測定する距離センサ２２と、この振れ測定装置２０の全体を制御するコントローラ３０とを備える。

振れセンサ２１は、コントローラ３０に接続されており、このコントローラ３０による制御によって、スピンドル１１に装着された工具Ｔの所定位置における振れを測定する。また、振れセンサ２１は、測定値をコントローラ３０に供給する。
距離センサ２２は、コントローラ３０に接続されており、このコントローラ３０による制御によって、スピンドル１１に装着された工具Ｔの取付位置、すなわち、スピンドル１１がモータ１２に連結されている位置から、工具Ｔの先端までの距離をプリセット長Ｄ_ｐとして測定する。また、距離センサ２２は、測定値をコントローラ３０に供給する。

図２は、本実施形態に係るコントローラ３０の構成を示すブロック図である。
コントローラ３０は、メモリ、ハードディスクドライブ等により構成される記憶部と、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｏｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等により構成される制御部を備える。コントローラ３０は、記憶部として、測定結果データベース（以下、データベースをＤＢという）３１と、範囲記憶手段としての測定範囲ＤＢ３２とを備える。また、コントローラ３０は、制御部として、範囲算出部３３と、位置制御部３４とを備える。

測定結果ＤＢ３１は、複数の工具Ｔそれぞれの、振れセンサ２１の振れ測定位置と、この振れ測定位置における振れセンサ２１の測定値とを関連付けて予め記憶する。

測定範囲ＤＢ３２は、複数の工具Ｔそれぞれにおける、振れセンサ２１の振れ測定値が要件値となる第１の測定位置から、この振れ測定値が振れセンサ２１の測定限界値となる第２の測定位置までの範囲を、この複数の工具Ｔの取付位置からの距離に対する振れ測定可能範囲として予め記憶する。すなわち、測定範囲ＤＢ３２は、第１の測定位置から第２の測定位置までの範囲を、第１の測定位置を工具Ｔの先端とした場合の振れ測定可能範囲Ｄ_ｍとして予め記憶する。

ここで、本実施形態では、測定限界値が１５μｍであるものとする。
また、要件値は、振れ検出能力であり、予めワークに対してサイズが異なる複数の工具Ｔで突き出し量を変化させて穿孔した場合に、許容されている穴径を超えて径大が発生したときの、工具Ｔの先端の振れ量よりも小さい値である。

図３は、工具Ｔのスピンドル１１からの突き出し量を変化させて穿孔した場合の、ワークの穴径変化量を示す図である。具体的には、図３は、径１６ｍｍ、突き出し６０ｍｍで穿孔した場合と、径１６ｍｍ、突き出し３０ｍｍで穿孔した場合の穴径変化量を示す図である。

図３に示される横軸は穴番号であり、縦軸は穴径変化量である。穴番号（０−１，０−２，・・・）は、工具Ｔのプリセット時の先端振れ量と、この先端振れ量における試行回数を示している。例えば、穴番号（２０−１）は、プリセット時の先端振れ量が２０μｍの工具Ｔによって１回目に穿孔したものであることを示す。

また、図３では、穴径の変化量の許容値を１０μｍと規定しており、プリセット時の先端振れ量が３０μｍで穿孔した場合に、穴径の変化量が、この許容値を超えていることが確認できる。よって、要件値は、先端振れ量が３０μｍよりも小さい値に設定され、本実施形態では、２０μｍに設定されるものとする。

上述の振れ測定可能範囲Ｄ_ｍの算出及び測定範囲ＤＢ３２への記憶は、制御部により行われる。以下に、制御部により、測定範囲ＤＢ３２に振れ測定可能範囲Ｄ_ｍが記憶される流れについて説明する。

図４は、測定結果ＤＢ３１に記憶されている測定値に基づいて作成されるグラフの一例である。図４に示される横軸は工具Ｔとしての基準バー及び実ツールの取付位置から振れセンサ２１の測定位置までの距離であり、縦軸は、振れセンサ２１の測定値である。

まず、制御部は、測定結果ＤＢ３１に記憶されているそれぞれの工具Ｔごとに、測定値の回帰直線を生成する。図４では、回帰直線Ｌ_１〜Ｌ_７が生成されていることが確認できる。続いて、制御部は、これらの回帰直線について、要件値（２０μｍ）（図４の線Ｌ_Ｕ）と交差する点に対応する測定位置から、測定限界値（１５μｍ）（図４の線Ｌ_Ｌ）と交差する点に対応する測定位置までを、要件値（２０μｍ）が交差する点における距離をプリセット長Ｄ_ｐとした場合の振れ測定可能範囲Ｄ_ｍとする。

つまり、回帰直線上の値が要件値（２０μｍ）と一致する点に対応する位置（図４の横軸の値）を、この要件値を満たす工具Ｔの先端の位置と仮定した場合、この工具Ｔの振れの傾向が回帰直線に従うとすると、この工具Ｔにおける測定限界位置は、回帰直線上の値が測定限界値（１５μｍ）と一致する点に対応する位置となる。すなわち、新たに振れを測定したい工具Ｔの振れ測定可能位置を算出するために、制御部により、回帰直線上の値が要件値と一致する点から測定限界値（１５μｍ）と一致する点までの範囲を振れ測定可能範囲Ｄ_ｍとして算出する。

例えば、回帰直線Ｌ_１は、距離Ｄ_１（第２の測定位置）において線Ｌ_Ｌと交差し、距離Ｄ_２（第１の測定位置）において線Ｌ_Ｕと交差している。よって、工具Ｔのプリセット長Ｄ_ｐが距離Ｄ_２の場合の振れ測定可能範囲Ｄ_ｍは、第１の測定位置から第２の測定位置までの範囲、すなわち、距離（Ｄ_２−Ｄ_１）から、距離Ｄ_２までとなる。つまり、工具Ｔのプリセット長Ｄ_ｐが距離Ｄ_２の場合、回帰直線Ｌ_１に従って、この工具Ｔの振れセンサ２１による測定限界値に対応する測定位置が、距離（Ｄ_２−Ｄ_１）とされる。

続いて、制御部は、上述のようにして算出された振れ測定可能範囲Ｄ_ｍについて、この振れ測定可能範囲Ｄ_ｍに対応するプリセット長Ｄ_ｐと対応付けて測定範囲ＤＢ３２に記憶させる。

図２に戻り、範囲算出部３３は、距離センサ２２において測定された、工作機械に装着される工具Ｔの取付位置から先端までの距離（プリセット長Ｄ_ｐ）と、測定範囲ＤＢ３２に記憶されている振れ測定可能範囲Ｄ_ｍと、に基づいて、振れセンサ２１の、工具Ｔにおける振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出する。

範囲算出部３３の具体的な処理について、図５を参照しながら説明する。
図５は、測定範囲ＤＢ３２に記憶されている振れ測定可能範囲Ｄ_ｍに基づいて作成されるグラフの一例である。図５に示される横軸は工具Ｔのプリセット長Ｄ_ｐであり、縦軸は振れ測定可能範囲Ｄ_ｍ、すなわち工具Ｔの先端から取付位置に向かって測定可能な範囲である。図５では、プリセット長Ｄ_ｐに対応する振れ測定可能範囲Ｄ_ｍが複数の点で示されていることが確認できる。

まず、範囲算出部３３は、測定範囲ＤＢ３２に記憶されている振れ測定可能範囲Ｄ_ｍに基づいて、プリセット長Ｄ_ｐと振れ測定可能範囲Ｄ_ｍとの回帰直線の傾きα及び切片βを予め算出し、図５に示すような回帰直線を生成する。この傾きα及び切片βは、例えば最小二乗法により算出される。任意のプリセット長Ｄ_ｐをｘ、任意のプリセット長Ｄ_ｐに対応する振れ測定可能範囲Ｄ_ｍをｙとすると、回帰直線は、以下の（１）式で表される。なお、本実施形態では、範囲算出部３３は、（１）式を予め算出することとしたが、これに限らず、振れセンサ２１の振れ測定位置を設定するたびに、算出するようにしてもよい。

続いて、範囲算出部３３は、（１）式に対して、距離センサ２２により測定されたプリセット長Ｄ_ｐを代入し、このプリセット長Ｄ_ｐに対応する振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出する。

位置制御部３４は、範囲算出部３３により算出された振れ測定可能範囲に基づいて、振れセンサ２１の振れ測定位置を設定する。

続いて、図６を参照して、振れセンサ２１の振れ測定位置を設定する処理の流れについて説明する。
図６は、本実施形態に係る振れセンサ２１の振れ測定位置を設定する処理の流れを示すフローチャートである。なお、この処理は、スピンドル１１に対して、工具Ｔが装着されたことに応じて行われる。

ステップＳ１では、制御部は、距離センサ２２を制御して、工具Ｔの取付位置から、この工具Ｔの先端までの距離をプリセット長Ｄ_ｐとして測定する。

ステップＳ２では、範囲算出部３３は、ステップＳ１において測定されたプリセット長Ｄ_ｐと、測定範囲ＤＢ３２に記憶されている振れ測定可能範囲Ｄ_ｍに基づいて、振れセンサ２１の工具Ｔにおける振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出する。

ステップＳ３では、位置制御部３４は、ステップＳ２において算出された振れ測定可能範囲Ｄ_ｍに基づいて、振れセンサ２１の振れ測定位置を設定する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）振れ測定装置２０は、測定範囲ＤＢ３２により、複数の工具Ｔそれぞれにおける振れセンサ２１の振れ測定値が要件値となる第１の測定位置から、この振れ測定値が振れセンサ２１の測定限界値となる第２の測定位置までの範囲を、この複数の工具Ｔの取付位置からの距離に対する振れ測定可能範囲Ｄ_ｍとして予め記憶する。また、振れ測定装置２０は、距離センサ２２により測定されたプリセット長Ｄ_ｐと、測定範囲ＤＢ３２に基づいて、振れセンサ２１の工具Ｔの振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出し、算出された振れ測定可能範囲Ｄ_ｍに基づいて、振れセンサ２１の振れ測定位置を設定する。

このようにすることで、振れ測定装置２０は、複数の工具Ｔそれぞれについて予め算出されている振れ測定値と、この測定値に対応する振れ測定位置との傾向に基づいて、振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出し、この振れ測定可能範囲Ｄ_ｍに基づいて、新規の工具Ｔの振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出することができる。すなわち、振れ測定装置２０は、既存の複数の工具Ｔのそれぞれにおける振れの傾向に基づいて、新規の工具Ｔの振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出可能とするので、この振れ測定可能範囲Ｄ_ｍが、統計的に振れ測定が可能となる蓋然性が高いものとなる。ところで、工具Ｔは、先端に刃が形成されており、振れセンサ２１によって、先端の振れが測定できない状態であるので、工具Ｔごとに、測定可能位置を設定する必要がある。これに対して、振れ測定装置２０は、工具Ｔのプリセット長Ｄ_ｐに基づいて振れセンサ２１の振れ測定位置を設定することができるので、振れ測定装置２０は、効率的に工具Ｔの振れ測定位置を設定することができる。

以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されることなく種々の形態で実施することができる。また、前述の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、前述のものに限定されない。

本実施形態では、振れ測定装置２０は、スピンドル１１に対して工具Ｔが装着されたことに応じて、距離センサ２２を制御して、工具Ｔの取付位置から、この工具Ｔの先端までの距離をプリセット長Ｄ_ｐとして測定し、この測定されたプリセット長と、測定範囲ＤＢ３２に記憶されている振れ測定可能範囲Ｄ_ｍに基づいて、振れセンサ２１の工具Ｔにおける振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出することとしたが、これに限らない。例えば、予め距離センサにより、工具Ｔの取付位置から、この工具Ｔの先端までの距離をプリセット長Ｄ_ｐとして測定して、距離記憶手段としての振れ測定装置２０の記憶部に記憶させておき、この工具Ｔを工作機械に取り付けた場合に、記憶部に記憶されているプリセット長Ｄ_ｐと測定範囲ＤＢ３２に基づいて、振れセンサ２１の工具Ｔの振れ測定可能範囲Ｄ_ｍを算出するようにしてもよい。

また、この場合、工具Ｔに対して識別情報を設けておき、制御部は、この識別情報に基づいて、工作機械に取り付ける工具Ｔのプリセット長Ｄ_ｐを記憶部から取得する。
また、工具Ｔのプリセット長Ｄ_ｐの測定は、振れ測定装置２０に設けられている距離センサ２２とは異なる距離センサにより行うこととしてもよい。
このようにすることで、工具Ｔを工作機械に取り付けた場合に、距離センサ２２を駆動して、プリセット長Ｄ_ｐを測定する必要がないので、振れセンサ２１の振れ測定位置を設定する時間を短縮することができる。

２０振れ測定装置
２１振れセンサ（センサ）
３０コントローラ
３２測定範囲ＤＢ（範囲記憶手段）
Ｔ工具（回転工具）

Claims

工作機械に装着される回転工具の振れをセンサにより測定する振れ測定装置が、前記センサの振れ測定位置を設定する振れ測定位置設定方法であって、
前記振れ測定装置は、
複数の回転工具それぞれにおける、振れ測定値が要件値となる第１の測定位置から、該振れ測定値が前記センサの測定限界値となる第２の測定位置までの範囲を、前記複数の回転工具の取付位置からの距離に対する振れ測定可能範囲として予め記憶する範囲記憶手段を備え、
前記工作機械に装着される前記回転工具の取付位置から先端までの距離を測定する距離測定ステップと、
前記距離測定ステップにおいて測定された前記距離と、前記範囲記憶手段に記憶されている振れ測定可能範囲とに基づいて、前記センサの前記回転工具の振れ測定可能範囲を算出する範囲算出ステップと、
前記範囲算出ステップにおいて算出された前記振れ測定可能範囲に基づいて、前記センサの前記測定位置を設定する位置設定ステップと、を含む振れ測定位置設定方法。
前記振れ測定装置は、前記回転工具の取付位置から先端までの距離を記憶する距離記憶手段を更に備え、
前記距離測定ステップにおいて測定された前記距離を、前記距離記憶手段に予め記憶させるステップを更に含み、
前記範囲算出ステップは、前記距離記憶手段に予め記憶されている前記距離と、前記範囲記憶手段に記憶されている振れ測定可能範囲とに基づいて、前記センサの前記回転工具の振れ測定可能範囲を算出する請求項１に記載の振れ測定位置設定方法。