JP2023049229A - 工作機械用装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】工作機械用装置は、工作機械の取り付け部に着脱可能かつ回転可能に取り付けられる工作機械用装置であって、取り付け部から非接触方式で電力を受ける受電部を備え、取り付け部に対して固定して取り付けられる固定部と、取り付け部に対して回転可能に取り付けられ、受電部と第1電力線を介して接続する第1コネクタとを備える回転部と、第1コネクタと連結可能な第2コネクタと、第2コネクタと接続する第2電力線を介して受電部から得た電力によって動作するデバイスとを備え、回転部の回転とともに回転部の回転方向と同じ方向に回転する機能部と、を備え、機能部は、回転部に対して着脱可能である。
【選択図】図4
Description
本実施形態では、NC(Numerical Control)プログラムに基づいて加工を行う過程で、NCプログラムに基づいて工具を交換する際に、次に使う工具を工具交換装置(ATC(Automatic Train Control))によって、自動的に工作機械の取り付け部(例えば、主軸やタレットなど)に工具を取り付けできる工作機械を用いて説明する。
図示した工作機械の例は、立形マシニングセンタである。工作機械は、ベッド802と、ベッド802上に設置されるコラム804を有する。コラム804には主軸頭806が取り付けられる。主軸頭806は、Z軸方向(上下方向)に移動可能である。主軸頭806には主軸100が取り付けられる。主軸100は、Z軸を中心として回転可能に主軸頭806に取り付けられる。主軸100の先端に工具(図示せず)が取り付けられる。主軸100には工作機械用装置600を取り付けることもできる。
工作機械に着脱可能な工作機械用装置は、撮像装置、タッチプローブ、レーザスキャナ、アングルヘッド、アングルヘッド付き工具、電動工具、機能付き工具、超音波発生装置、レーザ発振装置など、がある。
本実施形態の工作機械用装置600は、上述の工作機械用装置のうち、工作機械に着脱可能かつ回転可能に取り付けることができる工作機械用装置である。
図2は、工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置600の一例の斜視図である。
(工作機械用装置600の概要)
本実施形態の工作機械用装置600は、工作機械に装着されてワークの撮像に使用される画像プローブである。
工作機械用装置600は、取り付け部に取り付けられた際の取り付け側と反対の反対側に機能部400を備える。機能部400は、所定機能を実行可能な部のことである。本実施形態の機能部400は、撮像素子と光学系(例えば、レンズ、ミラー、スプリッタ)とを備え、撮像の指示を受けると撮像素子での撮像を行う撮像機能を有する。この例における工作機械用装置600の場合には、撮像ユニット、レンズや照明機器が内蔵されている。なお、工作機械用装置600は、図2で示されていない連結部を有するが、連結部については図3に関連して後述する。
工作機械用装置600は、固定部500を備える。固定部500は、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)に対して固定して取り付けられる。したがって、主軸106が回転したときに、固定部500は、シャンク部200と連結部300とを有する回転部601と一緒には回転しない。固定部500の円筒部502は、回転部601が回転できるように支持するハウジングとして機能する。そのため、固定部500は、回転部601の回転軸に沿ってみた場合に、回転部601を囲むように配置されている。主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)は、工作機械用装置600の固定部500を固定して取り付ける。
主軸100の固定部500は、円筒部502の側面から突き出た延長部508を有する。延長部508は、主軸100の前カバー102から突き出た係止ブロック108に係止される(係わり合わせて止められる)。係止ブロック108は、主軸100において回転しない部材である。係止ブロック108を、固定部、非回転部あるいは係止部と言ってもよい。延長部508と係止ブロック108によって、固定部500の共回りが阻止される。つまり、固定部500は、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)に対して固定して取り付けられる。係止の手段については、図3に関連して説明する。また、係止ブロック108と延長部508には、非接触式の給電手段と非接触式の通信手段が設けられる。
回転可能な部位と回転しない部位について整理しておく。主軸106の回転に伴って、工作機械用装置600のシャンク202と把持部204と機能部400は、回転する。また、後述する工作機械用装置600の連結部(図3参照)も回転する。シャンク202と把持部204と連結部と機能部400のそれぞれ回転軸は、主軸106の回転軸の延長線と一致する。一方、工作機械の前カバー102とハウジング104と係止ブロック108、工作機械用装置600の固定部500(円筒部502と延長部508)は、回転しない。
主に、取り付け機構および回転機構を示し、電気的な構成および光学的な構成については省略している。工作機械用装置600内の配線、電気部品および光学部品などについては、図4に関連して後述する。
主軸106は、ハウジング104によって回転可能に支持され、サーボモータの駆動によって回転する。前カバー102は、主軸100の前端部に設けられ、ハウジング104を覆っている。主軸106の前端は、前カバー102の穴から出ている。サーボモータで主軸106を所定の回転角度に回転させることによって、機能部400を所定の回転角度に合わせることができる。
工作機械用装置600は、シャンク部200と連結部300からなる回転部601を備える。回転部601は、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)に対して回転可能に取り付けられる。また、回転部601には、機能部400が取り付けられている。したがって、機能部400は、回転部601の回転とともに回転部601の回転方向と同じ方向に回転する。主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)は、工作機械用装置600の回転部601を回転可能に取り付ける。
工作機械用装置600は、円筒部502と延長部508からなる固定部500を備える。固定部500の円筒部502は、第1ベアリング504と第2ベアリング506によって、連結部300を回転可能に支持する。つまり、円筒部502は、機械要素として、回転する連結部300を収容するハウジングに相当する。
固定部500は、ケーブル収容部526を備える。ケーブル収容部526は、固定部500における回転部601との境に回転部601の回転軸を中心とする環状空間を形成する(図5、図6参照)。ケーブル収容部526は、複数周巻かれたケーブル522を収容する。図5に関連して後述するように、ケーブル522の複数の周回に、余裕も持たせている。つまり、ケーブル収容部526では、回転部601の回転角に応じて、複数周巻かれたケーブル522の形状を変えられるように、隙間が開けられている。
連結部300は、掴持部306を有する巻付部304を備える。ケーブル収容部526から連結部300の内部へつながるケーブル522の途中箇所が、連結部300の掴持部306に掴持される(つかんだ状態で保持される)。掴持部306は、ケーブル収容部526と一体の環状空間を形成する巻付部304内に設けられており、回転部601の一部として回転する。これにより、掴持部306は、ケーブル522の途中箇所を円状に移動させるように働く。掴持部306に固定されているケーブル522の先は、巻付部304から前方向につながる配線路324を通って、連結部300の端面に設けられた第1コネクタ340に接続している。ケーブル収容部526、掴持部306および巻付部304の詳細については、図5及び図6に関連して後述する。
機能部400は、光学部品として、撮像ユニット446とレンズ448を有する。撮像ユニット446は、受光を映像化するイメージセンサ(例えば、CMOS)を備える。レンズ448は、たとえばテレセントリックレンズである。機能部400の先端には、ボルト452によってレンズカバー450が取り付けられている。機能部400には、さらに同軸落射照明454とリング照明456が設けられている。同軸落射照明454とリング照明456のいずれか一方または両方が撮像の際に発光する。電気回路基板444、撮像ユニット446、レンズ448、同軸落射照明454、リング照明456は、PoEで供給される電力によって動作する。このように、機能部400の一例としては、撮像素子(CMOS)とレンズとを含む撮像部であり、いわゆるカメラである。
図5は、主軸100側から見たケーブル収容部526と巻付部304の断面を示している。
ケーブル収容部526は、上述したように、固定部500における回転部601との境に回転部601の回転軸を中心とする環状空間を形成する。ケーブル収容部526は、複数周(この例では5周)巻かれたケーブル522を収容する。固定部500に設けられたケーブル収容部526の空間は、ケーブル522をおよそ10周程度収容できるだけの幅を有している。つまり、ケーブル522の複数の周回に、余裕の空間も持たせている。
連結部300に設けられた巻付部304は、ケーブル収容部526の空間と隔ての無い環状の空間を形成している。巻付部304の空間には、ケーブル522を1周収容できる。巻付部304に設けられている掴持部306は、ケーブル522の途中箇所を掴持する。ケーブル収容部526は回転しないが、巻付部304は回転部601の一部として回転する。したがって、回転部601と機能部400が360度回転すると、掴持部306は円上を一周する。
固定部500の配線路524側から連結部300の配線路324側への流れに沿って、ケーブル522の形状について説明する。配線路524から入ってきたケーブル522は、空間内の外側から内側に向かってケーブル収容部526内を5周めぐる。ケーブル522は、ケーブル収容部526内において余裕を持ってたわむことができる。5周まわって巻付部304内に移った箇所が、掴持部306で掴持される。その先は、向きを変えて配線路324の中を通って、第1コネクタ340につながる。
図5に示すように、掴持部306が配線路524からの入口に最も寄っているときに、回転角度は0度であるものとする。回転角度が0度の場合、ケーブル収容部526内のケーブル522が外寄りに位置しており、巻付部304内にケーブル522が巻き付けられていない。
回転部601と機能部400が主軸100側から見て反時計方向へ回ると、回転角度が増加するものとする。回転角度が増加すると、掴持部306が反時計方向に回り、ケーブル収容部526内のケーブル522を内側へ引っ張る。そして、引っ張られたケーブル522が巻付部304に巻き付けられる。その分、ケーブル収容部526内のケーブル522が短くなるので、全体として内側に引き寄せられる。
図示していないが、回転角度が180度になると、掴持部306は、0度の場合と反対の右側まで移動する。したがって、掴持部306に半周だけケーブル522が巻き付く。このとき、図4に示した第1コネクタ340、第2コネクタ440、配線路424、ケーブル442および電気回路基板444は、図4の右側に移る。
図6は、回転角度360度におけるケーブル収容部526と巻付部304の断面図である。
回転角度が360度になると、第1コネクタ340、第2コネクタ440、配線路424、ケーブル442および電気回路基板444は、図4と同様に元の左側に戻る。このとき、巻付部304には、ケーブル522が1周巻き付けられている。また、ケーブル収容部526内のケーブル522は、内側に寄る。ケーブル522はゆとりを持って巻かれているので、回転部601が回転しても、ケーブル522のいずれの部位にも過度な張力は生じない。
回転部601と機能部400を主軸100側から見て時計方向に回転させて、回転角度が減少する場合には、掴持部306が時計方向に回り、ケーブル522をケーブル収容部526内へ押し込む。そのため、巻付部304に巻き付く部分は短くなり、その分ケーブル収容部526に収容される部分が長くなる。その結果、ケーブル収容部526の中のケーブル522は、元のように外側へ寄る。このように、回転部601と機能部400を(主軸100側から見て)時計方向に回転させるときにも、ケーブル522に過度な負荷はかからない。
ケーブル収容部526は、図5に示したように、複数周巻かれたケーブル522に隙間を開けているので、図6に示したように、回転部601の回転角に応じて複数周巻かれたケーブル522の形状を変えられる。したがって、ケーブル522に無理な力を加えることなく、回転部601と機能部400を0度から360度の範囲で回転させることが可能となる。なお、回転部601と機能部400が回転しても、配線路524内のケーブル522と配線路324内のケーブル522と配線路424内のケーブル422は、形を変えない。回転に伴って形状が変わるのは、ケーブル522のうちケーブル収容部526と巻付部304に含まれる部分だけである。
外部電源701と電源回路480は、電力線131、給電部121、受電部521、第1電力線531、第1コネクタ340、第2コネクタ440および第2電力線431を含む給電路を介して接続する。この給電路を介して、外部電源701から電源回路480への電力供給が行われる。外部装置703(たとえば、情報処理装置)とCPU472は、通信線133、通信部123、通信部523、第1通信線533、第1コネクタ340、第2コネクタ440および第2通信線433を含む通信路を介して接続する。この通信路を介して、外部装置703とCPU472は、双方向の通信を行う。
電源回路480は、外部電源701から電力を受けて、メイン回路470と撮像ユニット446とレンズ448と同軸落射照明454とリング照明456へそれぞれに適合した直流電力を分配する。つまり、電源回路480は、機能部400内に含まれる各デバイス(たとえば、撮像ユニット446、同軸落射照明454およびリング照明456)において必要な電力を供給する。メイン回路470は、CPU472とメモリ474を備え、機能部400の機能(たとえば、リモートコントロールに応じたワークの撮影)を実現するための制御処理を行う。このように、機能部400は、第2コネクタ440と接続する第2電力線431を介して受電部521から得た電力によって動作するデバイス(たとえば、撮像ユニット446、同軸落射照明454およびリング照明456)を備える。
工作機械用装置600は、外部装置703から撮像指示の信号を受けて、それに応じて撮像した画像データを外部装置703へ送る。具体的には、外部装置703が、上記の通信路を用いて撮像指示の信号をCPU472へ送信する。CPU472が撮像指示の信号を受信すると、CPU472は、撮影指示に応じて、撮像ユニット446、レンズ448、同軸落射照明454およびリング照明456を制御して撮像動作を行い、撮像ユニット446から画像データを得る。CPU472は、画像データを外部装置703へ送信する。このように、機能部400に備えられるCPU472(プロセッサの例)は、第2コネクタ440と接続する第2通信線433を介して外部装置703との通信を行う。
L1の長さのレンズ448を備える撮像装置である機能部400aは、ボルト402(図3参照)を外すことによって回転部601から分離可能である。また、L1よりも長いL2のレンズ448を備える撮像装置である機能部400bと交換可能である。交換される機能部400bは、ボルト402で回転部601に固定することができる。あるいは、メカ機構のはめ込み機構によって機能部400bを回転部601に固定してもよい。このように、機能部400は、回転部601に対して着脱可能である。したがって、異なる機能部400と交換ができる。
図9は、変形例1における工作機械用装置600内の配線、電気部品および光学部品に関する断面図である。
CPU472は、外部装置703と無線通信を行うようにしてもよい。電気回路基板444は、外部装置703と無線通信を行うための通信部475を備える。CPU472は、通信部475と接続している。CPU472は、通信部475を用いて、外部装置703と双方向の無線通信を行う。無線通信は、たとえば無線LAN(Local Area Network)である。このように、機能部400は、外部装置703と無線通信で通信可能な通信部を備える。
図10は、変形例2における工作機械用装置600内の配線、電気部品および光学部品に関する断面図である。
通信部223をシャンク部200の側面付近に設けるようにしてもよい。通信部223に接続する第3通信線233は、回転部601内に設けられた配線路205を通って、第1コネクタ340に接続する。第1コネクタ340と第2コネクタ440は、実施形態と同様に、通信端子と電力端子を有する。係止ブロック108の内側のシャンク部200に近い位置に、通信部123が設けられる。通信部123と通信部223は、非接触方式で通信を行う。給電部121、受電部521と第1電力線531については、変形例1の場合と同様である。このように、回転部601は、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)と非接触方式で通信可能な通信部223を備える。第1コネクタ340は、通信部223と第3通信線233を介して接続する。機能部400が備えるCPU472(プロセッサの例)は、第2コネクタ440と接続する第2通信線433(図7参照)を介して外部装置703との通信を行う。
図11は、変形例3における工作機械用装置600内の配線、電気部品および光学部品に関する断面図である。
リング形状の受電部221をシャンク部200の側面付近に設けるようにしてもよい。受電部221のリング形状の中心は、回転部601の回転軸と一致する。受電部221に接続する第3電力線231と通信部223に接続する第3通信線233は、ケーブル222に含まれる。ケーブル222は、第1コネクタ340に接続する。第1コネクタ340と第2コネクタ440は、実施形態の場合と同様である。係止ブロック108の内側のシャンク部200に近い位置に、給電部121が設けられる。給電部121は、非接触方式によって受電部221に給電を行う。受電部221がリング形状なので、回転部601の向きによらず、常に給電を行うことができる。通信部123、通信部223および第3通信線233については、変形例2の場合と同様である。このように、回転部601は、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)から非接触方式で電力を受ける受電部221と、受電部221と第3電力線231を介して接続する第1コネクタ340とを備え、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)に対して回転可能に取り付けられる。さらに、回転部601は、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)と非接触方式で通信可能な通信部223を備える。第1コネクタ340は、通信部223と第3通信線233を介して接続する。機能部400が備えるCPU472(プロセッサの例)は、第2コネクタ440と接続する第2通信線433(図7参照)を介して外部装置703との通信を行う。主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)は、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)から非接触方式で電力を受ける受電部221を備える工作機械用装置600の回転部601を回転可能に取り付ける。また、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)は、受電部221に非接触方式で電力を送る給電部121を備える。
実施形態では、機能部400の例として、たとえばCMOSなどのイメージセンサ(撮像素子)、レンズおよび照明装置などを有する撮像部を示したが、機能部400は、この例に限定されない。機能部400である撮像部は、計測用の撮像部(計測用プローブ)でもよいし、観察用の撮像部でもよい。また、機能部400は、レーザスキャナ部、レーザ発生部、アングルヘッドなどでもよい。さらに、機能部400は、工具でもよい。
工作機械は、正面に開閉可能なドアを有する。この図は、ドアが開いている状態を示している。工作機械は、操作盤を含む。また、工作機械には、外部装置703(たとえば、情報処理装置)が接続されている。工作機械に外部装置703(例えば、工作機械内のコンピュータ、工作機械外のサーバなどの情報処理装置)を接続する形態は、一例である。工作機械内に外部装置703と同等の情報処理装置の機能が含まれる形態であってもよい。
工作機械用装置600は、固定部500を備える。固定部500は、主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)に対して固定して取り付けられる。したがって、回転部材106が回転したときに、固定部500は、シャンク部200と連結部300とを有する回転部601と一緒には回転しない。固定部500の円筒部502は、回転部601が回転できるように支持するハウジングとして機能する。そのため、固定部500は、回転部601の回転軸に沿ってみた場合に、回転部601を囲むように配置されている。主軸100(「工作機械の取り付け部」の例)は、工作機械用装置600の固定部500を固定して取り付ける。
回転可能な部位と回転しない部位について整理しておく。回転部材106の回転に伴って、工作機械用装置600のシャンク202と把持部204と機能部400は、回転する。また、後述する工作機械用装置600の連結部(図3参照)も回転する。シャンク202と把持部204と連結部と機能部400のそれぞれ回転軸は、回転部材106の回転軸の延長線と一致する。一方、工作機械の前カバー102とハウジング104と係止ブロック108、工作機械用装置600の固定部500(円筒部502と延長部508)は、回転しない。
回転部材106は、ハウジング104によって回転可能に支持され、サーボモータの駆動によって回転する。前カバー102は、主軸100の前端部に設けられ、ハウジング104を覆っている。回転部材106の前端は、前カバー102の穴から出ている。サーボモータで回転部材106を所定の回転角度に回転させることによって、機能部400を所定の回転角度に合わせることができる。
Claims (8)
- 工作機械の取り付け部に着脱可能かつ回転可能に取り付けられる工作機械用装置であって、
前記取り付け部から非接触方式で電力を受ける受電部を備え、前記取り付け部に対して固定して取り付けられる固定部と、
前記取り付け部に対して回転可能に取り付けられ、前記受電部と第1電力線を介して接続する第1コネクタとを備える回転部と、
前記第1コネクタと連結可能な第2コネクタと、前記第2コネクタと接続する第2電力線を介して前記受電部から得た前記電力によって動作するデバイスとを備え、前記回転部の回転とともに前記回転部の回転方向と同じ方向に回転する機能部と、を備え、
前記機能部は、前記回転部に対して着脱可能である、工作機械用装置。 - 前記固定部は、前記取り付け部と非接触方式で通信可能な通信部を、更に備え、
前記第1コネクタは、前記通信部と第1通信線を介して接続し、
前記機能部は、前記第2コネクタと接続する第2通信線を介して外部装置との通信を行うプロセッサを、更に備える、請求項1に記載の工作機械用装置。 - 前記機能部は、外部装置と無線通信で通信可能な通信部を、更に備える、請求項1に記載の工作機械用装置。
- 前記回転部は、前記取り付け部と非接触方式で通信可能な通信部を、更に備え、
前記第1コネクタは、前記通信部と第3通信線を介して接続し、
前記機能部は、前記第2コネクタと接続する第2通信線を介して外部装置との通信を行うプロセッサを、更に備える請求項1に記載の工作機械用装置。 - 工作機械の取り付け部に着脱可能かつ回転可能に取り付けられる工作機械用装置であって、
前記取り付け部から非接触方式で電力を受ける受電部と、前記受電部と第3電力線を介して接続する第1コネクタとを備え、前記取り付け部に対して回転可能に取り付けられる回転部と、
前記第1コネクタと連結可能な第2コネクタと、前記第2コネクタと接続する第2電力線を介して前記受電部から得た前記電力によって動作するデバイスとを備え、前記回転部の回転とともに前記回転部の回転方向と同じ方向に回転する機能部と、を備え、
前記機能部は、前記回転部に対して着脱可能である、工作機械用装置。 - 前記回転部は、前記取り付け部と非接触方式で通信可能な通信部を、更に備え、
前記第1コネクタは、前記通信部と第1通信線を介して接続し、
前記機能部は、前記第2コネクタと接続する第2通信線を介して外部装置との通信を行うプロセッサを、更に備える、請求項5に記載の工作機械用装置。 - 工作機械用装置を着脱可能かつ回転可能に取り付ける取り付け部を備え、
前記取り付け部は、前記工作機械用装置の回転部を回転可能に取り付け、前記取り付け部から非接触方式で電力を受ける受電部を備える前記工作機械用装置の固定部を固定して取り付け、前記受電部に前記非接触方式で前記電力を送る給電部を備える、工作機械。 - 工作機械用装置を着脱可能かつ回転可能に取り付ける取り付け部を備え、
前記取り付け部は、前記取り付け部から非接触方式で電力を受ける受電部を備える前記工作機械用装置の回転部を回転可能に取り付け、前記受電部に前記非接触方式で前記電力を送る給電部を備える、工作機械。
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