JP3648886B2 - 工具刃先位置検出装置及び工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械 - Google Patents
工具刃先位置検出装置及び工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3648886B2 JP3648886B2 JP31013596A JP31013596A JP3648886B2 JP 3648886 B2 JP3648886 B2 JP 3648886B2 JP 31013596 A JP31013596 A JP 31013596A JP 31013596 A JP31013596 A JP 31013596A JP 3648886 B2 JP3648886 B2 JP 3648886B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tool
- light
- cutting edge
- periodic fluctuation
- edge position
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転中の工具の刃先位置を検出する工具刃先位置検出装置及び工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
加工効率を向上させるために、現在の工作機械では、主軸回転速度が非常に高められている。ここで、主軸を高速(数万回転)で回転させると、遠心力による遠心膨張が発生すると共に、発熱による熱膨張によって、主軸の先端に設けられた工具の刃先位置が変位する。このため、回転中の工具の刃先位置を正確に把握することが望まれている。この回転中の工具の刃先位置を求める方法の一つとして、特開平7−266192号公報が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
特開平7−266192号公報の装置では、工具を主軸に固定するためのドローバーの後端面と対向するように測定器を設け、主軸の回転前のドローバーの後端面の位置を測定し、主軸が所定の回転速度に達した後に、再びドローバーの後端面の位置を測定し、測定位置に基づき工具の位置を算出している。この装置では、ドローバーの後端位置を測定しているため、上記遠心力のよる遠心膨張を測定することはできても、ドローバーの熱変位による変動分を正確に検出することができなかった。更に、工具の磨耗による刃先位置の変位を検出することもできなかった。
【0004】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、回転中の工具の刃先位置を正確に検出できる工具刃先位置検出装置及び工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項1の工具刃先位置検出装置では、
工具回転に伴って工具軸心に直角な光を刃先径分遮る状態と刃先径の一部を遮る状態とを繰り返す形状の刃先を有する回転工具の工具刃先位置検出装置において、
光源と、
該光源からの光を受ける受光器と、
回転工具の刃先が前記光を遮ったことによる前記受光器の受光量の周期的変動を検出する周期変動検出手段と、からなり、
前記周期変動検出手段が、受光器側からの入力信号と、前記回転工具の回転と相関関係を有する基準信号とを乗算し、高周波成分を除去することにより、受光量の周期的変動を検出することを技術的特徴とする。
【0007】
上記の目的を達成するため、請求項2の工具回転に伴って工具軸心に直角な光を刃先径分遮る状態と刃先径の一部を遮る状態とを繰り返す形状の刃先を有する工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械では、
回転工具を備え、
該数値制御工作機械に設置された光源及び該光源からの光を受ける受光器と、
前記受光器の受光量の周期変動を検出する周期変動検出手段と、
前記回転工具の刃先を前記光源と受光器との間に移動させる移動手段と、
前記周期変動検出手段により前記受光器の受光量の周期変動が検出された際に、該回転工具の位置に基づき回転工具の位置データを補正するデータ補正手段と、
を備え、
前記周期変動検出手段が、受光器側からの入力信号と、前記回転工具の回転と相関関係を有する基準信号とを乗算し、高周波成分を除去することにより、受光量の周期的変動を検出することを技術的特徴とする。
【0009】
【作用】
請求項1の構成では、周期変動検出手段が、回転工具の刃先が光源と受光器との間の光を遮った際の受光量の周期的変動を検出する。即ち、光を用いて刃先を測定するため、回転中の工具の刃先位置を測定することができ、特に、高速回転中の工具の測定が可能となる。また、工具の種類に関わらず測定することができる。
【0010】
請求項1の構成では、周期変動検出手段は、受光器側からの入力信号と、回転工具の回転と相関関係を有する基準信号とを乗算し、高周波成分を除去することにより、受光量の周期的変動を検出する。高周波成分を除くことによりノイズが除去できるので、外乱光の影響を受けず、刃先を高精度で検出することが可能となる。
【0011】
請求項2の構成では、移動手段が回転工具の刃先を光源と受光器との間に移動させる。そして、周期変動検出手段が回転工具の刃先が光源と受光器との間の光を遮った際の受光量の周期的変動を検出した際に、データ補正手段が回転工具の位置に基づき回転工具の位置データを補正する。即ち、回転中の工具の位置を検出し、これに基づいて回転工具の位置データを補正するため、高精度な加工が可能となる。
【0012】
請求項2の構成では、周期変動検出手段は、受光器側からの入力信号と、回転工具の回転と相関関係を有する基準信号とを乗算し、高周波成分を除くことによりノイズが除去できるので、外乱光の影響を受けず、刃先を高精度で検出することが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施態様について図を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施態様に係る工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械10の構成を示している。数値制御工作機械10は、ベッド14と、ワークWを載置すると共に、工具20の刃先を検出する検出器30が取り付けられX方向に移動可能なテーブル12と、工具20を把持し高速で回転(数万回転)するスピンドル22と、該スピンドル22の取り付けられたサドル18と、該サドル18をY方向(上下方向)へ移動可能に支持するコラム16とから成る。該コラム16は、ベッド14上にてZ方向へ移動可能に支持されている。
【0014】
該検出器30はテーブル12上でワークWと干渉しない既知の位置に配置されている。該検出器30は、図1中に示すように凹字状に形成され、該凹字状の内壁にレーザ発振器32と該レーザ発振器32からの光を受けるフォトダイオード(図示せず)とが配設されている。この検出器30の構成について、図2を参照して更に詳細に説明する。図2は、図1に示す検出器30のA矢視図、即ち、上側から見た平面図である。凹字状の検出器30の一方の内壁30aには、レーザ発振器32が取り付けられ、他方の内壁30bには、該レーザ発振器32に対向するようにフォトダイオード34が配設され、該レーザ発振器32からの光がフォトダイオードにて受けられ、この光が工具20にて遮られることで、工具の刃先が後述するように検出される。
【0015】
図3は、該数値制御工作機械10を制御する制御装置50、及び、上記レーザ発振器32からの光を受けて工具の刃先を検出する受光器80の構成を示すブロック図である。制御装置50は、装置全体を管理する中央制御装置(CPU)56と、種々の制御、プログラム及び工具の刃先位置に関するデータ等を保持するメモリ52と、インターフェィス54、58、59とから成る。この制御装置50は、入力装置70を介して種々のデータが入力され、また、出力装置72を介して種々のデータを出力し得る様に構成されている。該入力装置70には、データの入力を行うためのキーボードが備えられ、また、該出力装置72側には、データの表示を行うCRT等の表示装置が備えられている。
【0016】
また、該制御装置50は、工具20をテーブル12の移動方向と直交する水平方向(Z方向)へ送るために、コラム16を移動させるホールネジ(図示せず)を駆動する第1サーボモータ68へ、第1モータ駆動回路(DUZ)66を介して駆動信号を送る。この第1サーボモータ68に取り付けられた第1エンコーダ67は、第1サーボモータ68の回転位置、即ち、工具20の刃先位置を制御装置50へ送出するように構成されている。更に、該制御装置50は、ボールネジ(図示せず)によりテーブル12を水平方向(X方向)へ送るための第2サーボモータ62へ、第2モータ駆動回路(DUX)60を介して駆動信号を送る。この第2サーボモータ62に取り付けられた第2エンコーダ61は、第2サーボモータ62の回転位置、即ち、テーブル12の位置を制御装置50へ送出する。同様に、該制御装置50は、ボールネジ(図示せず)によりサドル18を垂直方向(Y方向)へ送るための第3サーボモータ65へ、第3モータ駆動回路(DUY)63を介して駆動信号を送る。この第3サーボモータ65に取り付けられた第3エンコーダ64は、サドル18の位置を制御装置50へ送出するように構成されている。
【0017】
一方、受光器80は、図2を参照して上述したフォトダイオード34と、フォトダイオード34の出力から刃先がレーザを遮ったことを検出するアンプ90と、該アンプ90の出力を制御装置50へ送出するコンパレータ82とから成る。アンプ90は、フォトダイオード34の出力を増幅する増幅器92と、該増幅器92からの信号と工具の回転に同期した余弦波信号を出力する基準信号源99からの信号とを乗算する乗算器94と、該乗算器94の出力の中の高周波成分を取り除くローパスフィルター96と、該フォトダイオード34の出力信号へ基準信号源99の出力信号の位相を整合させる移送器98とから構成されている。
【0018】
該アンプ90は、刃先がレーザに達したことを、フォトダイオード34の出力が周期的に変動することに基づき検出する。ここでは、フォトダイオード34の出力が周期的に変動する理由について、図4を参照して説明する。
図4は、図2中のB矢視図、即ち、工具20を水平方向から見た図である。工具20の刃先20aがレーザ光に達した際に、工具20の回転位置に応じて該レーザ光が断続されている状態を図4(A)、図4(B)、図4(C)に示している。
【0019】
即ち、図4(A)に示すように刃先20aがレーザ光に対して直角位置にあるとき、及び、図4(B)に示すように刃先20aがレーザ光に対して所定角度にあるとき、図中左側のレーザ発振器32(図2参照)から照射されたレーザ光は、遮られて図中右側のフォトダイオード34(図2参照)へは照射されない。他方、図4(C)に示すように、刃先20aがレーザ光に対して水平位置にあるとき、図中左側のレーザ発振器32から照射されたレーザ光が図中右側のフォトダイオード34へ照射される。このため、刃先がレーザに達した時点でフォトダイオード34の出力が周期的(工具の回転に同期)に変動する。なお、図2中に示すように、刃先がレーザに達した際にレーザ光の一部が遮られている点、即ち、レーザ光の全部が断続されているのでは無い点に注意されたい。
【0020】
ここで、図3に示すアンプ90による、上記フォトダイオード出力の周期変動の検出について更に詳細に説明する。
該アンプ90は、一種のロックインアンプを構成している。レーザを受光したフォトダイオードからの出力(増幅器92の出力)、即ち、乗算器94へ入力される入力信号は次の数1で表すことができる。
【数1】
入力信号=ei cos w0 t +n(t)=Ei
ここで、ei cos w0 t の項は、回転に同期した成分であり、他方、n(t)は、外乱光等の影響分を含む雑音成分である。
【0021】
一方、工具20の回転に同期した余弦信号を発生する基準信号源99からの基準信号は、次の数2で表される。
【数2】
基準信号=ercos( w0 t +φ)=Er
【0022】
そして、上述したように乗算器94にて、入力信号と基準信号との乗算が次の数3に示すように行われる。
【数3】
ここで、1/2・ei er cos φの項は、時間tの関数ではないため直流分であり、他方、1/2ei er cos( 2w0 t+φ)er ・n(t)・ cos( w0 t +φ)は、角周波数w0 及び2w0 で変動する高周波分である。
【0023】
ここで、該乗算器94の出力からローパスフィルタ96にて直流分(1/2・ei er cos φ)のみを取り出す。そして、移送器98にて、位相φ=0となるように、PLL等によって出力が最大となるように位相を調整すると、次の数4の出力を得ることができる。
【数4】
1/2・ei er
基準信号と同期した成分、即ち、工具の刃先20aがレーザ光を断続的に遮り、フォトダイオード出力中に周期変動分が含まれるとき、上記数4の出力が発生する。このようにアンプ80は、工具の刃先20aがレーザ光に到達したことを検出する。
【0024】
上述した実施態様では、受光器側からの入力信号と基準信号とを乗算し、高周波成分を除去することにより、受光量の周期的変動を検出している。即ち、高周波成分を除くことによりノイズが除去できるので、外乱光の影響を受けず、刃先を高精度で検出することが可能となる。
【0025】
引き続き、制御装置50による工具先端位置の補正処理について、当該処理のフローチャートである図5を参照して説明する。
この工具先端位置の補正処理は、ワークWの加工前にあるいは加工サイクル中に必要に応じて実行される。CPU56は、工具20が所定の回転数であるか、すなわち、所定の測定測定周期に達したかを判断する(S12)。測定周期に達すると(S12がYes)。工具20をX軸方向、Y軸方向に送り、工具先端を図2中に破線で示すような、検出器30の側方の所定の測定開始位置に位置決めする(S14)。その後、工具20をZ軸方向へ移動、即ち、図2中のZ軸に沿ってレーザ光側へ前進させる(S16)。そして、工具の刃先20aがレーザ光に到達したことを上述したようにアンプ80が検出したか判断する(S18)。ここで、工具の刃先20aがレーザ光に到達すると(S18がYes)、当該刃先位置(Z座標)を、図3に示すZ軸送り用の第1サーボモータ68に取り付けられた第1エンコーダ67からの信号に基づき検出する(S20)。検出器30の位置、即ち、レーザ光のZ軸方向の位置は既知であるので、このレーザ光の位置と第1エンコーダ67からの信号に基づいて、メモリ52に保持されている刃先位置データを補正する(S22)。以上の処理を行い、刃先位置検出ルーチンが終了し、上記の補正された刃先位置データに基づき加工が開始、あるいは再開される。
【0026】
【発明の効果】
このように、本発明では、光を用いて刃先を測定するため、回転中の工具の刃先位置を測定することができ、特に、高速回転中の工具の測定が可能となる。また、工具の種類に関わらず測定することができる。更に、回転中の工具の位置を検出し、これに基づいて工具の位置データを補正するため、高精度な加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施態様に係る工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械の斜視図である。
【図2】図1に示す検出器のA矢視図である。
【図3】数値制御装置の構成を示すブロック図である。
【図4】図4(A)、図4(B)、図4(C)は、図2に示す工具のA矢視図である。
【図5】図3に示す数値制御装置による刃先位置検出ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
10 数値制御工作機械
20 工具
20a 刃先
30 検出器
32 レーザ発振器(光源)
34 フォトダイオード(受光器)
50 数値制御装置(移動手段、データ補正手段)
80 アンプ(周期変動検出手段)
94 乗算器
96 ローパスフィルタ
99 基準信号源
Claims (2)
- 工具回転に伴って工具軸心に直角な光を刃先径分遮る状態と刃先径の一部を遮る状態とを繰り返す形状の刃先を有する回転工具の工具刃先位置検出装置において、
光源と、
該光源からの光を受ける受光器と、
回転工具の刃先が前記光を遮ったことによる前記受光器の受光量の周期的変動を検出する周期変動検出手段と、からなり、
前記周期変動検出手段が、受光器側からの入力信号と、前記回転工具の回転と相関関係を有する基準信号とを乗算し、高周波成分を除去することにより、受光量の周期的変動を検出することを特徴とする工具刃先位置検出装置。 - 工具回転に伴って工具軸心に直角な光を刃先径分遮る状態と刃先径の一部を遮る状態とを繰り返す形状の刃先を有する回転工具を備えた数値制御工作機械であって、
該数値制御工作機械に設置された光源及び該光源からの光を受ける受光器と、
前記受光器の受光量の周期変動を検出する周期変動検出手段と、
前記回転工具の刃先を前記光源と受光器との間に移動させる移動手段と、
前記周期変動検出手段により前記受光器の受光量の周期変動が検出された際に、該回転工具の位置に基づき回転工具の位置データを補正するデータ補正手段と、
を備えることを特徴とする工具刃先位置検出装置を備え、
前記周期変動検出手段が、受光器側からの入力信号と、前記回転工具の回転と相関関係を有する基準信号とを乗算し、高周波成分を除去することにより、受光量の周期的変動を検出することを特徴とする工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31013596A JP3648886B2 (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 工具刃先位置検出装置及び工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31013596A JP3648886B2 (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 工具刃先位置検出装置及び工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10138099A JPH10138099A (ja) | 1998-05-26 |
JP3648886B2 true JP3648886B2 (ja) | 2005-05-18 |
Family
ID=18001593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31013596A Expired - Fee Related JP3648886B2 (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 工具刃先位置検出装置及び工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3648886B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6635894B1 (en) * | 1999-11-22 | 2003-10-21 | Renishaw Plc | Optical measuring apparatus for measuring objects on machines |
WO2002034464A1 (fr) * | 2000-10-27 | 2002-05-02 | Tokyo Seimitsu Co., Ltd. | Machine-outil |
CN103615975B (zh) * | 2013-11-22 | 2016-02-03 | 中冶天工集团有限公司 | 一种偏心套环的制作方法 |
CN104842220A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-08-19 | 杭州电子科技大学 | 一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置及测量方法 |
DE102017005488A1 (de) * | 2017-06-09 | 2018-12-13 | Blum-Novotest Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Messen und Kontrollieren eines drehantreibbaren Werkzeugs in einer Werkzeugmaschine |
JP7178273B2 (ja) * | 2019-01-16 | 2022-11-25 | Dgshape株式会社 | 加工装置および加工装置におけるツール長の取得方法 |
CN113001257B (zh) * | 2021-03-08 | 2022-06-24 | 广东铭利达科技有限公司 | 一种数控加工自动对刀装置 |
-
1996
- 1996-11-05 JP JP31013596A patent/JP3648886B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10138099A (ja) | 1998-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5766755B2 (ja) | ワイヤ放電加工機において、回転軸に取り付けた回転工具の回転触れを補正する方法及び、補正する機能を有するワイヤ放電加工機 | |
KR101218047B1 (ko) | 동심 보정 장치를 구비한 그라인딩 기계 | |
JP3648886B2 (ja) | 工具刃先位置検出装置及び工具刃先位置検出装置を備えた数値制御工作機械 | |
JP5614633B2 (ja) | 回転工具と被加工物間の間隙長さ測定方法及びシステム | |
JP2008152536A (ja) | 非真円形状加工装置 | |
US20060287756A1 (en) | Grinding method and apparatus | |
JP2006343128A (ja) | ドリル刃の動振れ測定方法 | |
WO1997003391A1 (en) | Improvements in and relating to machine tools | |
KR20190122148A (ko) | 가공 장치 | |
JP2012047707A (ja) | 振動検出装置、振動抑制装置、および、振動情報表示装置 | |
JP2001293642A (ja) | 工具刃先部突出量測定方法及び工具摩耗量測定方法並びにその測定方法を用いた数値制御工作機械 | |
JP2013111686A (ja) | 実切込み量測定方法および加工方法および工作機械 | |
JP2004276145A (ja) | 工作機械及び回転軸を有する装置におけるツールホルダの装着状態異常判定方法 | |
JPH10309653A (ja) | 刃先位置変位検出方法及び刃先位置変位検出機能を備えた工作機械並びに該工作機械用工具ホルダ | |
EP0950214B1 (en) | Method of controlling a machine tool | |
JP2008119803A (ja) | かつぎ量計測装置 | |
JP2007179364A (ja) | 主軸変位量補正装置 | |
JP2001208513A (ja) | 駆動装置における変位量検出方法及びその装置、並びに板材加工機における高品質加工方法及び高品質加工システム | |
JP2002036068A (ja) | 工作機械の工具位置補正方法及び装置 | |
JP3057218B2 (ja) | 工具刃先検出装置 | |
JP3252248B2 (ja) | スペックル利用非接触直径測定装置 | |
JP2012030319A (ja) | 工作物表面位置変動測定方法および研削盤 | |
JP3119331B2 (ja) | 接触検知装置 | |
JPH0952187A (ja) | レーザ加工機システム | |
FI101053B (fi) | Värähtelyjen kompensointijärjestelmä työkappaleen työstöön |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040819 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040907 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041105 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050125 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050207 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050922 |
|
A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A072 Effective date: 20060106 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |