JP3629132B2 - 工具刃先位置計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は数値制御旋盤の工具刃先位置計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図12は、従来の数値制御旋盤の工具刃先位置計測装置の概略構成を示したものである。従来の数値制御旋盤における工具刃先位置の補正は、主軸台101の前端面101aに90°旋回可能に枢支され収納位置から主軸の前面に向って旋回した計測位置に位置決めされるアーム102及びこのアーム102上に設けられた刃先センサ103を用いて行われる。すなわち、計測位置にある刃先センサ103に工具刃先104を移動させて接触させ、工具刃先104の位置を計測し、予め設定した正規位置との差異を求め、補正するという方法が採られていた。この構成では、主軸台の熱変位によって主軸中心105とアームの取付部との相対位置が変化すると共にアーム自身も熱変位によって伸縮し、その双方により主軸中心105と刃先センサ103との相対位置が変化し、刃先位置計測の計測精度が低下するという問題があった。そのため、この従来構成による工具刃先位置計測装置の場合、機械の加工基準位置に対する刃先センサ103の位置補正を頻繁に行う必要があった。その位置補正方法は、基準とする工具刃先によって加工物を試験切削し、その加工径をマイクロメータなどにより計測した値と、基準とする工具刃先を刃先センサ103で位置計測した値との差を求めるという方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、主軸中心に対する刃先センサの相対位置変位の計測・補正を、加工物を試験切削することなく行う機能を有する工具刃先位置計測装置を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る工具刃先位置計測装置は、以下の特徴を有する。
主軸台前端に旋回可能に枢支され収納位置と計測位置の両者に位置決めされるアームと、このアーム上に設けられた刃先センサとを含み、前記刃先センサによって工具刃先位置を計測する工具刃先位置計測装置において、前記主軸台側と刃先センサ側のいずれか一方に変位センサがそして他方に基準面が、前記刃先センサの収納位置において互いに近接するよう設けられ、前記刃先センサが収納位置にあるときの前記変位センサと基準面との相対位置情報から、前記刃先センサが計測位置にあるときの前記刃先センサと主軸中心との相対位置変位を刃先センサ位置補正値として推定演算することを特徴とする。
また、刃先センサは、収納位置において主軸台の基準面に近接し、この基準面との相対位置を測定できる間隙測定用変位センサから成り、前記刃先センサが収納位置にあるときの刃先センサと前記基準面との相対位置情報から、前記刃先センサが計測位置にあるときの前記刃先センサと主軸中心との相対位置変位を刃先センサ位置補正値として推定演算することを特徴とする。
更に、変位センサは、アームの旋回軸の傾きを測定できることを特徴とする。
さらに、本発明において、前記刃先センサ及び変位センサはアーム上に設けられた単一のセンサで構成され、このイメージセンサが計測位置においては工具刃先の位置を計測し、また収納位置においては基準面との相対位置変位を計測することを特徴とする。
さらに、本発明においては、工具刃先の形状を検出する工具刃先形状演算装置を備えて、イメージセンサによって工具刃先形状を検出するとともに、これをもとに工具刃先の形状を演算することができることを特徴とする。
【0005】
以上のように構成された本発明に係る工具刃先位置計測装置によれば、アームを収納した状態で、変位センサにより刃先センサの位置変位を計測することにより、アームを主軸の前面近傍に位置決めした状態での刃先センサと主軸中心との相対位置変位を演算し刃先センサの位置補正を行うことができる。
そして、本発明によれば、前記刃先センサと変位センサを単一のイメージセンサとすることにより、構成を簡単にすることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1には、本発明の実施形態1に係る工具刃先位置計測装置の概略構成が示されている。
NC旋盤の主軸台1の前端面1aに、L形のアーム2が90°旋回可能に枢支されている。
アーム2の先端部には接触型センサから成る刃先センサ4が取り付けられ、刃先センサ4上には工具刃先当接面4a、4b、4c、4dが形成されている。前記刃先センサ4は、工具6の刃先6aがいずれかの工具刃先当接面4aあるいは4bと接触したときに電気的な接触検知信号を後述する工具刃先位置演算部12へ出力するセンサからなり、このようなセンサとしては3次元測定機などに用いられる接触プローブが好適である。図示した工具刃先当接面4a、4b、4c、4dは工具6の取付位置によって任意に選択され、図1に示した実施形態においては刃先6aのX軸及びZ軸の位置を検出するために、当接面4aと4bが用いられる。また、アーム2が収納された位置において刃先センサ4の近傍に位置するように、刃先センサの位置変位を計測する変位センサ5が主軸台1の前端面1aに取り付けられている。この変位センサ5は、後述する位置計測方法から明らかなように、静電型間隙測定器からなり、その測定面に被測定部が近接したときの両者の間隙量によって両者間の静電容量が変化することにより間隙量を計測することができる。
【0007】
次に、本実施形態に係る工具刃先位置計測装置の計測制御部について説明する。
基準とする工具6の刃先6aを刃先センサ4の工具刃先当接面4a(X軸用)、4b(Z軸用)に当接すべく前記工具6が取り付けられた刃物台7をZ軸方向およびX軸方向に位置決めするサーボモータ8および9と、サーボモータ8および9を制御し駆動するサーボプロセッサ10およびアンプ11と、アーム2が収納された位置において変位センサ5から出力される刃先センサ4の位置変位計測信号からアーム2を計測位置に位置決めした状態での刃先センサ4と主軸中心14との相対位置変位を推定演算し位置補正を行う刃先センサ位置補正値演算部13と、前記工具6の刃先6aが刃先センサ4上の工具刃先当接面4a、4bに接触した計測信号とそのときのサーボプロセッサ10からのX軸方向およびZ軸方向の現在位置情報と刃先センサ位置補正値演算部13から得られる刃先センサ位置補正値から工具刃先位置を演算する工具刃先位置演算部12とにより構成される。
図2は、本発明の実施形態1に係る工具刃先位置計測装置を側面から見た概略構成図である。
図2において、刃先センサ4の基台には導電体からなる近接片4eが設けられており、その一方の面4fが変位センサ5の測定面と近接する基準面を構成している。従って、アーム2が図2の実線のように収納位置に位置決めされた状態で、前記近接片4eの基準面4fは変位センサ5の測定面に近接し、両者間の間隙が静電容量値に変換され、変位センサ5によって測定される。この結果、刃先センサ4と主軸中心との相対位置変化が測定されることとなる。
【0008】
次に、本実施形態1における工具刃先位置計測装置で工具6の刃先6aの位置計測をおこなうときの計測方法について説明する。
図3は、本実施形態1における工具刃先位置計測装置で工具6の刃先6aの位置計測をおこなうときの流れを示すフローチャートである。
まず、アームが収納された位置で、変位センサ5により刃先センサ4の位置変位を計測する(S1)。次に、変位センサ5の刃先センサ4の位置変位情報から、刃先センサ4の位置補正値を刃先センサ位置補正値演算部13により演算する(S2)。次に、アーム2を工具刃先位置の計測を行う計測位置に位置決めする(S3)。次に、工具6の刃先6aを刃先センサ4の工具刃先当接面4a及び4bに当接させる(S4)。次に、刃先が工具刃先当接面4a、4bに当接したときのサーボプロセッサ10のそれぞれのX軸方向およびZ軸方向の指令値と、刃先センサ4の位置補正値から、工具刃先位置演算部12が工具刃先位置を演算することにより工具刃先計測を終了する(S5)。
【0009】
図4は、本発明の実施形態2を説明した図である。実施形態1(図1及び図2)は、刃先センサ4の位置変位を変位センサ5で計測するものであるが、図4の実施形態2では、アーム2が収納された位置において、主軸台1の前端1aに取り付けられた基準面40の位置変位を、刃先センサ4で計測することにより、刃先センサ4と主軸中心14との相対位置変位を計測しようとするものである。
実施形態2における刃先センサ4は実施形態1のセンサと異なり、刃先センサと変位センサの両機能を兼用するセンサから構成されることを特徴とする。すなわち、この刃先センサ4はそれ自体実施形態1で説明した変位センサ5と同様の静電型間隙測定器からなり、計測位置において、それぞれの近接面4a、4b、4c、4dに工具6の刃先6aが近接したときの位置を正確に測定して工具刃先位置演算部12に出力することができ、また収納位置においては、近接面4aと基準面40との間隙を刃先センサ位置補正値演算部13に出力することができる。
従って、この実施形態2によれば、単一の刃先センサ4によって工具刃先計測値及びセンサ位置補正値の両者を得ることができる。
【0010】
図5は、本発明の実施形態3を説明した図である。実施形態1(図1及び図2)は、刃先センサ4の位置変位を変位センサ5で計測するものであるが、図5の実施形態3では、アーム2が収納された位置において、刃先センサ4近傍に設けた基準面50の位置変位を、主軸台1の前端1aに取り付けられた変位センサ51で計測することにより、刃先センサ4と主軸中心14との相対位置変位を計測しようとするものである。
従って、本発明においては、刃先センサ位置補正を行うための基準面は主軸台側あるいは刃先センサ側のいずれに設けられてもよく、また刃先センサ側においても基準面は刃先センサ4自体あるいはこれを保持しているアーム2に設けることも可能であることが理解される。
【0011】
また、図6は、本発明の実施形態4を説明した図で、図5における基準面50と変位センサ51の位置関係を入れ替えた構成例である。アーム2が収納された位置において、主軸台1の前端1aに取り付けられた基準面61の位置変位を、工具刃先位置計測センサ4近傍に設けた変位センサ60で計測することにより、工具刃先位置計測センサ4と主軸中心14との相対位置変位を計測しようとするものである。
【0012】
図7は、本発明の実施形態5を説明した図であり、アームの熱変位がなく、アームの取付部のみが主軸台の熱変位によりX、Z軸と直行方向の軸回りにΔθだけ傾いた場合を示している。すなわち、図7において、アーム2の旋回軸2aが熱変位によって図示した如くΔθだけ傾くと、アーム2及び刃先センサ4が同様にXZ平面上でΔθだけ傾いた状態を示している。そして、アーム2が収納された位置においては、前述した旋回軸2aの傾きによって、刃先センサ4の上面すなわち基準面71が鎖線で示すように正常な位置からL3だけ離れることとなる。したがって、アーム2が収納された位置において、主軸台1の前端1aに取り付けられた変位センサ70で、基準面71の位置変位L3を計測することにより、図中のX、Z軸と直行方向の軸回りのアーム2の傾き量Δθを演算し、刃先センサ4と主軸中心14との相対位置変位L4を演算により求め、補正しようとするものである。
また、本発明の各実施形態で変位センサを取り付けた位置は、主軸台の前端面でX軸方向に熱変位しない位置として説明したが、この位置以外の複数の点に変位センサを取り付け、それぞれの点での変位から刃先センサと主軸中心との相対位置変位を求めることも可能である。
【0013】
また、本願の実施形態1〜4では、主軸台の熱変位による主軸中心とアームの取付部との相対距離変化とアームの熱変位による刃先センサと主軸中心との相対距離変化との双方による、主軸中心と刃先センサ4との相対位置変化を計測し補正するものについて説明したが、アームが熱変位しない材質であれば、主軸台の熱変位による主軸中心とアームの取付部との相対距離変化のみを計測し補正すればよい。そのような場合は、主軸中心をとおりX軸に直角な平面上に取付けた変位センサと、熱変位しない材質で一方がアーム取付部に固定されもう一方が前述の変位センサ近傍に位置するようなバーとで計測し補正する方法も考えられる。また、本発明の実施形態では、静電型間隙測定器からなる変位センサを用いているが、渦電流型間隙測定器や、レーザ距離測定器等、他の方式による変位センサを用いる方法も考えられる。もちろん、差動トランス等、接触式の変位センサを用いることも可能である。
また、本願においては、X軸方向の変位を測定する様に変位センサを取り付けたが、他軸方向の変位も測定する様に変位センサを取り付けることで、他軸方向の刃先センサと主軸中心との相対位置変位を求めることが可能となり、より正確な補正を行うことが出来る。
【0014】
以上の実施形態においては、刃先センサと変位センサはそれぞれ別個のセンサとして構成されているが、本発明において、刃先センサと変位センサを単一のイメージセンサで構成することも可能であり、以下の図8から図11においてこのような本発明の更に他の実施形態を説明する。
以下本発明の第6実施形態について図面を参照して説明する。
図8には、本発明の実施形態6に係る工具刃先位置計測装置の概略構成が示されている。
NC旋盤の主軸台1前端面に、L形のアーム2が旋回可能に枢支されている。アーム2の先端部には工具刃先位置を計測するイメージセンサ3が取り付けられている。また、アーム2が収納された状態においてイメージセンサ3の計測領域に位置するように、基準面30が主軸台1前端面に設けられている。
【0015】
次に、本実施形態6に係る工具刃先位置計測装置の制御について説明する。
基準とする工具6の刃先6aをイメージセンサ3の工具刃先計測位置に位置決めすべく、前記工具6が取り付けられた刃物台7はX軸方向およびZ軸方向に位置決めするサーボモータ8および9と、サーボモータ8および9を制御し駆動するサーボプロセッサ10およびアンプ11、アーム2が収納された状態において、イメージセンサ3から出力されるイメージセンサ3の位置変位計測信号から、イメージセンサ位置補正値演算部15によりアーム2を主軸台1の前面近傍に位置決めした状態でのイメージセンサ3と主軸中心14との相対位置変位が推定演算され位置補正が行われる。そして、前記工具6の刃先6aがイメージセンサ3の工具刃先計測位置に位置決めされたときサーボプロセッサ10からのX軸方向およびZ軸方向の現在位置情報とイメージセンサ位置補正値演算部15から得られるイメージセンサ位置補正値とから工具刃先位置演算部12により工具刃先位置が演算される。
図9は、本発明の実施形態6に係る工具刃先位置計測装置を側面から見た概略構成図である。
次に、本実施形態における工具刃先位置計測装置で工具6の刃先6aの位置計測をおこなうときの計測方法について説明する。
図10は、本実施形態6における工具刃先位置計測装置で工具6の刃先6aの位置計測をおこなうときの流れを示すフローチャートである。
まず、アームが収納された状態で、イメージセンサにより基準面とイメージセンサとの相対位置変位を計測する(S1)。次に、相対位置変位計測情報から、イメージセンサの位置補正値を演算する(S2)。次に、アームを工具刃先位置の計測を行う位置に位置決めする(S3)。次に、工具の刃先をイメージセンサの工具刃先計測位置に位置決めする(S4)。次に、刃先を工具刃先計測位置に位置決めしたときのX軸方向およびZ軸方向の指令値と、イメージセンサの位置補正値から、工具刃先位置を演算することにより工具刃先計測を終了する(S5)。
図11は、本発明における実施形態7を説明した図である。実施形態6(図8及び図9)は、イメージセンサ3を用いて工具刃先位置を計測するものであるが、図11では、実施形態6に加えて、工具刃先の形状を検出する工具刃先形状演算部16をさらに備え、工具刃先の形状をも計測しようとするものである。
【0016】
【発明の効果】
図2に示されるように、主軸台の熱変位によって主軸中心14とアーム2の取付部との相対距離L1が変化すると共にアームの熱変位によって刃先センサ4と主軸中心14との相対距離L2が変化すると、その双方により主軸中心14と刃先センサ4との相対位置が変化する。しかしながら本発明によれば、主軸中心14と刃先センサ4との相対位置変化を計測し、補正するという機能を有する工具刃先位置計測装置が提供できる。その結果、本発明によれば、主軸中心14に対する刃先センサ4の位置変位の計測・補正を、加工物を試験切削することなく行うことが可能である。
また、図9に示されるように、主軸台の熱変位によって主軸中心14とアーム2の取付部との相対距離L1が変化すると共にアーム2の熱変位によってイメージセンサ3と主軸中心14との相対距離L2が変化すると、その双方により主軸中心14とイメージセンサ3との相対位置が変化する。しかしながら本発明によれば、基準面30とイメージセンサ3との相対位置変化を計測し、その計測値から主軸中心14とイメージセンサ3との相対位置変化を演算・補正するという機能を有する工具刃先位置計測装置が提供できる。その結果、本発明によれば、主軸中心14に対するイメージセンサ3の位置変位の計測・補正を、加工物を試験切削することなく行うことが可能である。
更に本発明の工具刃先位置計測装置では、工具刃先形状の計測によって、工具摩耗や欠損、構成刃先、切粉の巻付き等を監視することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の工具刃先位置計測装置の概略構成を示す図である。
【図2】本発明の実施形態1の工具刃先位置計測装置を側面から見た概略構成図である。
【図3】本発明の実施形態1の作用の流れを示すフローチャート図である。
【図4】本発明の実施形態2による工具刃先位置計測装置の概略構成を示す図である。
【図5】本発明の実施形態3による工具刃先位置計測装置の概略構成を示す図である。
【図6】本発明の実施形態4による工具刃先位置計測装置の概略構成を示す図である。
【図7】本発明の実施形態5による工具刃先位置計測装置の概略構成を示す図である。
【図8】本発明の実施形態6による工具刃先位置計測装置の概略構成を示す図である。
【図9】本発明の実施形態6による工具刃先位置計測装置を側面から見た概略構成図である。
【図10】本発明の実施形態6の作用の流れを示すフローチャート図である。
【図11】本発明の実施形態7による工具刃先位置計測装置の概略構成を示す図である。
【図12】従来の工具刃先位置計測装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
1 主軸台、2 アーム、3 イメージセンサ、4 刃先センサ、5 変位センサ、6 工具、7 刃物台、12 工具刃先位置演算部、13 刃先センサ位置補正値演算部、14 工具刃先形状演算部、15 イメージセンサ位置補正値演算部、16 工具刃先形状演算部、30、40、61 基準面。
Claims (5)
- 主軸台前端に旋回可能に枢支され収納位置と計測位置の両者に位置決めされるアームと、このアーム上に設けられた刃先センサとを含み、前記刃先センサによって工具刃先位置を計測する工具刃先位置計測装置において、
前記主軸台側と刃先センサ側のいずれか一方に変位センサがそして他方に基準面が、前記刃先センサの収納位置において互いに近接するよう設けられ、前記刃先センサが収納位置にあるときの前記変位センサと基準面との相対位置情報から、前記刃先センサが計測位置にあるときの前記刃先センサと主軸中心との相対位置変位を刃先センサ位置補正値として推定演算することを特徴とする工具刃先位置計測装置。 - 主軸台前端に旋回可能に枢支され収納位置と計測位置の両者に位置決めされるアームと、このアーム上に設けられた刃先センサとを含み、前記刃先センサによって工具刃先位置を計測する工具刃先位置計測装置において、
前記主軸台には基準面が設けられ、前記刃先センサは、収納位置において主軸台の基準面に近接し、この基準面との相対位置を測定できる間隙測定用変位センサから成り、前記刃先センサが収納位置にあるときの刃先センサと前記基準面との相対位置情報から、前記刃先センサが計測位置にあるときの前記刃先センサと主軸中心との相対位置変位を刃先センサ位置補正値として推定演算することを特徴とする工具刃先位置計測装置。 - 請求項1又は2のいずれかに記載の装置において、
変位センサは、アーム旋回軸の傾きを測定できることを特徴とする工具刃先位置計測装置。 - 請求項1記載の装置において、
前記刃先センサ及び変位センサは単一のイメージセンサからなり、
アームが計測位置に位置決めされた状態で刃先位置を計測し、またアームが収納位置に位置決めされた状態で基準面との相対位置を測定することを特徴とする工具刃先位置計測装置。 - 請求項4記載の装置において、
工具刃先の形状を検出する工具刃先形状演算回路を備えることを特徴とする工具刃先位置計測装置。
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A521 | Written amendment |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |