JP3755411B2 - 工具回転径検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械において加工に用いる工具の回転時における工具回転径を検出する工具回転径検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばマシンニングセンタ等の工作機械で工作物を加工する場合、工具チップ（切削刃）を工具取付部の外周部に取付けて加工することがある。図９は、工具チップ（切削刃）を用いて工作物の穴開け加工を行う状態を示す図である。
工具チップ（切削刃）は多角形状に形成されており、例えば図９に示すように、工具チップ１０２の角部１０２ａで工作物１００の加工を行う。この場合、工具チップ１０２の角部１０２ａは、工具取付具１０１の外周よりも半径方向の外側に突出している。このような工作機械では、加工精度を向上させるために、工具チップ１０２の角部１０２ａの回転径、すなわち工具の回転径の最大値（以下、「工具回転径」という）を検出する必要がある。
ここで、工具回転径を検出する必要性について説明する。
工具を工具主軸に挿着した時には、工具回転径は、工具の工具主軸への取付け状態によって変化する。また、工具の最外周部の刃先形状は、加工中に刃先が摩耗したり、刃先垂れが起るために、加工前後では変化する。このため、最大回転径、すなわち工具回転径が変化する。工具回転径は加工精度に影響するため、工具回転径を検出する必要がある。
従来では、工具回転径を検出する場合、工具の回転を停止させた状態で、作業者がツールプリセッタやマイクロメータ等の測定器具を用いて、手作業で角部１０２ａの回転径を検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の工具径検出方法は、作業者が手作業で工具回転径を検出するため、面倒であり、時間もかかる。
そこで、工具チップ（切削刃）が取付けられているような工具の工具回転径を自動で検出できる工具回転径検出装置が要望される。工具回転径を自動的に検出できる工具回転径検出方法としては、例えばＢＬＵＭ社製（ドイツ）のレーザビーム式寸法計測装置等の光学式寸法計測装置を用いる方法が知られている。レーザビーム式寸法計測装置は、レーザビーム（光線）を発光器から受光器に向けて発光し、レーザビーム（光線）が工具で遮光される時の受光強度によって工具の両端の位置を検出する。そして、検出された工具の両端の位置に基づいて工具回転径を検出する。レーザビーム式寸法計測装置は、工具が回転している状態で、工具の回転径を検出することが可能である。
しかしながら、工具の回転軸に沿った各位置での回転径が同じ工具（例えば、円柱形状の工具）の場合には、１箇所の回転径を検出すれば工具回転径を検出することができるが、工具の回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具では、工具の回転径が最大となる位置で、工具の回転径を検出する必要がある。したがって、工具の回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具の工具回転径を光学式寸法計測装置によって検出する場合、工具の回転軸に沿って工具を単位距離シフトさせた多数の位置で工具の回転径を検出する必要があるため、検出に時間がかかる。
本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、工具の回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具の工具回転径を自動的に、短時間で検出することができる工具回転径検出方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項１に記載の工具回転径検出方法では、工具を回転させた状態で、工具の回転軸に沿った検出区間内の、予め設定した所定数の回転径検出位置における回転径を検出し、検出された回転径の中から最大の回転径を検出する処理を、最大回転径の回転径検出位置を新たな基準位置とするとともに、検出区間を順次狭めながら複数回行うことよって、工具回転径を求める。
請求項１に記載の工具回転径検出方法を用いれば、回転径を検出する回転径検出位置の数を少なくすることができるため、自動的に、短時間で工具回転径を検出することができる。
また、本発明の工具回転径検出方法では、前記検出処理を所定条件が満足されるまで繰り返し実行するようにした方法である。繰り返し実行により最大回転径の位置を含む回転軸方向の範囲が絞られ、高精度な工具回転径検出が可能となる。
また、第２発明は、請求項２に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項２に記載の工具径検出処理方法では、前記ステップ（ｂ）〜ステップ（ｄ）を繰り返した際、前回のステップ（ｂ）における所定数の回転径検出位置と、今回のステップ（ｂ）における所定数の回転径検出位置とで、重なった位置となった回転径検出位置では、前回検出した工具回転径を用いる。
また、第３発明は、請求項３に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項３に記載の工具径検出処理方法では、回転径を検出する回転径検出位置の間隔が設定値以下になることを検出処理の終了条件とする。これにより、回転径検出工程の回数が最適となる。
また、第４発明は、請求項４に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項４に記載の工具回転径検出方法では、ステップ（ｂ）〜ステップ（ｄ）の回転径検出処理工程の繰り返し回数を検出処理の終了条件とする。このため、工具の回転径を検出する処理を終了させるための判断が簡単である。
また、第５発明は、請求項５に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項５に記載の工具回転径検出方法では、直前の回転径検出処理工程における最大の回転径と今回の回転径検出処理工程における最大回転径の差が設定値以内にあることを検出処理の終了条件とする。このため、最適な状態で工具の回転径を検出する処理を終了させることができる。
また、第６発明は、請求項６に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項６に記載の工具回転径検出方法では、所定数の回転径検出位置におけるｎ番目の回転径検出位置で回転径を検出した時に、（ｎ−１）番目の回転径検出位置で検出した回転径がｎ番目の回転径検出位置で検出した回転径及び（ｎ−２）番目の回転径検出位置で検出した回転径よりも大きいと判定される場合には、今回のステップ（ｃ）において（ｎ＋１）番目以降の回転径検出位置での工具回転径の検出処理を中止し、前記（ｎ−１）番目の回転径検出位置での工具回転径を今回のステップ（ｃ）における最大の回転径とする。このため、回転径を検出する時間が一層短縮される。
また、第７発明は、請求項７に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項７に記載の工具回転径検出方法では、光学式計測装置を用いて工具の回転径を検出する。これにより、簡単な構成で、安価に工具回転径を自動で検出することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図１〜図３を用いて説明する。本実施の形態では、４軸数値制御軸（ＮＣ軸）を備えるコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）付きのマシニングセンタ（以下、「工作機械」いう）１で用いられる工具７の回転径を検出する場合について説明する。図１は、サドル３ｂに光学式計測装置２１を配設した工作機械１の概略図である。なお、工作機械１の駆動方向は、図１に矢印で示すＸ軸方向（紙面に対して前後方向）、Ｙ軸方向（左右方向）、Ｚ軸方向（上下方向）とする。また、図１の右上部に示したＸ、Ｙ、Ｚの矢印の方向をプラス方向とする。図２ａは、角部１８ａが直角形状の切削チップ１８を工具７に取付けて回転させた状態で、φは工具７の工具回転径を示す。図２ｂは、角部１８ａが鋭角形状の切削チップ１８を工具７に取付けて回転させた状態で、φは工具７の工具回転径を示す。図３は、光学式計測装置２１を用いて工具７の回転径を検出する状態を示す概略図である。
【０００６】
工作機械１は、工作物Ｗを載置するテーブル３ａとこれを案内するサドル３ｂとを有し、サドル３ｂ上に工具７の軸方向各位置における回転径を検出するための光学式計測装置２１を備えている。
ベッド２及びサドル３ｂには、サドル３ｂとテーブル３ａをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる駆動用のＸ軸サーボモータ１０及びＹ軸サーボモータ１１がそれぞれ取付けられている。これにより、テーブル３ａは、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。ベッド２に直立して固定されたコラム４には、主軸ヘッド５をＺ軸方向（上下方向）に移動させる駆動用のＺ軸サーボモータ１２が取付けられている。主軸ヘッド５は、Ｚ軸方向に移動可能である。
主軸ヘッド５には、工具主軸６を回転させる駆動用の主軸サーボモータ１３が取付けられている。工具７は工具主軸６に挿着されている。工作物Ｗは、サドル３ｂとテーブル３ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の移動制御と、主軸ヘッド５のＺ軸方向の移動制御と、主軸サーボモータ１３の駆動による工具７の回転によって加工される。
【０００７】
工作機械１には、プログラム等を入力する入力装置（図示省略）と、情報を表示する表示装置（図示省略）が設けられている。入力装置を操作することによって、光学式計測装置２１や、サドル３ｂ、テーブル３ａ、主軸ヘッド５、工具主軸６等を動作させることができる。また、工具の回転径検出プログラムの作成及び編集時におけるプログラムデータや、テーブルの位置座標や工具径の計測値等は、表示装置で表示される。
【０００８】
工作機械１には、４軸数値制御軸（ＮＣ軸）を制御するコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）（以下、「ＣＮＣ」いう）９が設けられている。ＣＮＣ９は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）（以下、「ＣＰＵ」いう）１７、記憶装置１４、ＮＣ軸駆動ユニット１５、せり出し制御ユニット１６で構成されている。Ｘ軸サーボモータ１０、Ｙ軸サーボモータ１１、Ｚ軸サーボモータ１２、主軸サーボモータ１３の駆動は、ＣＰＵ１７やＮＣ軸駆動ユニット１５等によって制御される。
また、ＣＮＣ９には、工具の回転径検出ルーチン（プログラム）、工具の回転径補正ルーチン（プログラム）やＮＣ制御ルーチン（プログラム）、工具の位置や回転径等が記憶装置１４に記憶され、これらのルーチンがＣＰＵ１７により実行されるようになっている。
ＣＰＵ１７は、記憶装置１４、ＮＣ軸駆動ユニット１５、せり出し制御ユニット１６とに連結されている。ＮＣ軸駆動ユニット１５、せり出し制御ユニット１６と、Ｘ軸サーボモータ１０、Ｙ軸サーボモータ１１、Ｚ軸サーボモータ１２、主軸サーボモータ１３は、コラム４に設けられている中継盤８を介して接続されている。
【０００９】
工具主軸６に図略の自動工具交換装置により選択的に挿着される各種工具７には、例えば図２ａと図２ｂに示すように、切削チップ１８が備えられている。工作物Ｗは、切削チップ１８の角部１８ａを用いて加工される。工具７の内部には、例えば、実公昭６１−３５３６５号公報に記載されるような公知のせり出し機構（図示省略）が設けられている。せり出し機構は、工具７を加工穴径に合わせたり、切削チップ１８の角部１８ａの摩耗量を補正するため、切削チップ１８を工具７の半径方向に移動させて、工具回転径を調節するための機構である。
なお、切削チップ１８の移動調整は、せり出し制御ユニット１６でせり出し機構を駆動させ、自動で制御されるようになっている。
【００１０】
光学式計測装置２１には、図３に示すように、レーザビーム（光線）を照射する発光器２２（例えば、半導体レーザ素子）と、レーザビームを受光する受光器２３（例えば、フォトダイオード）が設けられている。光学式計測装置２１は、レーザビームの投射方向が工具７の軸方向とほぼ直交するようにサドル３ｂに配設されている。
光学式計測装置２１は、図３に示すように、発光器２２から照射されたレーザビームが、切削チップ１８の先端（例えば、角部１８ａ）によって遮光され、受光器２３の受光強度が閾値（例えば、受光強度が通常時のレベルの半分）になると信号を出力し、その位置における切削チップ１８の最先端の位置を検出することができる。光学式計測装置２１からの出力信号は、インタフェイス（Ｉ／Ｆ）を介してＣＰＵ１７に入力される。光学式計測装置２１の検出信号は、その時点におけるサドル３ｂの位置をＸ軸サーボモータ１０のエンコーダ（図示省略）から読み取るために利用される。
【００１１】
次に、上述した光学式計測装置２１を用いて、工具７の工具回転径を検出する工具回転径検出方法について、図４〜図８に基づいて説明する。
まず、工具７の回転径を検出する動作を説明する。
「１」図４ａに示すように、工具７を回転させた状態でサドル３ｂをＸ軸のプラス方向からマイナス方向側に移動させ、光学式計測装置２１のレーザビームが、切削チップ１８のＸ軸方向プラス側の最先端で遮光される位置Ｘ１を検出する。「２」図４ｂに示すように、工具を回転させた状態で、サドル３ｂをＸ軸のマイナス方向からプラス方向側に移動させ、光学式計測装置２１のレーザビームが、切削チップ１８のＸ軸方向マイナス側の最先端で遮光される位置Ｘ２を検出する。「３」両位置Ｘ１、Ｘ２の距離｜Ｘ１−Ｘ２｜を求める。図５に示すように、｜Ｘ１−Ｘ２｜は、回転軸方向（Ｚ軸方向）の任意の位置における回転径である。また、位置Ｘ１、Ｘ２は、光学式計測装置２１が信号を出力する時点のサドル３ｂの位置をＸ軸サーボモータ１０のエンコーダ（図示省略）から読み取ることにより得られる。
【００１２】
次に、工具回転径を検出する処理を、図７及び図８のフローチャート図に基づいて説明する。以下では、図２に示されるような、切削チップ１８を備える工具７の工具回転径を検出する場合について説明する。
光学式計測装置２１を用いて工具７の工具回転径を検出する工具回転径検出プログラムは、記憶装置１４に予め記憶されている。
ここで、図７及び図８のフローチャート図に用いられている変数の定義について説明する。変数ｉは、回転径検出処理工程の回数（ｉ回目）を示す。変数ｊは、各回転径検出処理工程における回転径検出位置（ｊ番目の検出位置）を示す。変数ｋは、各回転径検出処理工程における最大回転径の検出位置を示す。変数Ｄ[ｉ]jは、ｊ番目の回転径検出位置における回転径を示す。変数Ｄmaxは、Ｄ[ｉ]jのなかで最大のものを示し、変数Ｄold[ｉ]jは、前回の回転径検出処理工程におけるｊ番目の回転径検出位置の回転径を示す。変数ｚ´は、各回転径検出処理工程における検出区間の基準位置を示す。定数ａは、初回測定時における変数（基準位置）ｚ´の正負（上下）両側の区間幅を示す。なお、定数ａは、工具に対応させて予め設定しておいてもよいし、工具回転径検出時にオペレータが設定してもよい。変数ｗは、回転径検出処理工程における分割区間幅（回転径を検出する工具軸方向の間隔）を示す。
【００１３】
工具回転径検出処理が開始されると、まず、ステップＳ１で、変数の初期値を設定する。例えば、基準位置ｚ´を「ｚ0」に、検出処理工程回数ｉを「０」に、最大値Ｄmaxを「０」に初期設定する。
次に、ステップＳ２では、ｉ＝ｉ＋１と設定する。この場合、ｉ＝０であるから、ｉ＝０＋１＝１、すなわち１回目の回転径検出処理工程を実行する。
次に、ステップＳ３では、基準位置ｚ´を中心とした正負（Ｚ軸）の両側に区間幅ａを有する検出区間内における分割区間幅ｗを設定する。本実施の形態では、分割区間数を４（回転径検出位置を等間隔の５箇所）に設定しているため、分割区間幅ｗは、ｗ＝ａ／（２ｉ）で演算する。ここで、ｉ＝１の場合、ｗ＝ａ／２となり、１回目の回転径検出処理工程では、分割区間幅がａ／２に設定される。すなわち、１回目の回転径検出処理工程では、図６に示すように、検出区間「Ｌ1」で、回転径検出位置は、ｊ＝１の時に［ｚ´＋ａ］、ｊ＝２の時に［ｚ´＋ａ／２］、ｊ＝３の時に［ｚ´］、ｊ＝４の時に［ｚ´−ａ／２］、ｊ＝５の時に［ｚ´−ａ］である。
なお、分割区間数や分割区間幅ｗの設定方法は適宜変更可能である。
【００１４】
次に、ステップＳ４で、ＣＰＵ１７は、ｉが１であるか否か、すなわち回転径検出処理工程が１回目であるか否かを判断する。回転径検出処理工程が１回目（ｉ＝１）であれば、ステップＳ５に進み、２回目以降（ｉ≧２）であれば、ステップＳ１４に進む。
次に、ステップＳ５では、ＣＰＵ１７は、図４ａ及び図４ｂ、図５に示した方法でＺ軸に沿った検出区間Ｌ1内の各回転径検出位置（ｊ＝１〜５）における回転径を検出する。例えば、１番目（ｊ＝１）の回転径検出位置（ｚ´＋ａ）において、工具７の最先端の位置Ｘ１[１]1とＸ２[１]1を検出し、Ｄ[１]1＝｜Ｘ１[１]1−Ｘ２[１]1｜を求める。求めたＤ[１]1は、記憶装置１４のデータ領域に記憶される。同様の方法で２番目〜５番目の回転径検出位置（ｊ＝２〜５）へ主軸ヘッド５を順次シフトし、これら位置における回転径Ｄ[１]2〜Ｄ[１]5を求める。
【００１５】
次に、ステップＳ６では、変数ｊを「０」に、変数ｋを「０」に設定する。
次に、ステップＳ７では、ｊ＝ｊ＋１を設定する。この場合、ｊ＝０であるから、ｊ＝０＋１＝１である。
次に、ステップＳ８では、ｊが５以下であるか否か（１番目〜５番目の回転径検出位置であるか否か）を判別する。本実施の形態では、１回の回転径検出処理工程では回転径を５箇所で検出しているため、ｊが５以下であるか否かを判別している。ｊが５以下であれば、ステップＳ９に進み、ｊが６以上であれば、ステップＳ１２に進む。
【００１６】
次に、ステップＳ９では、ＣＰＵ１７は、Ｄ[ｉ]jがＤmax以上であるか否かを判断する。この場合、ｊ＝１であるから、Ｄ[１]1がＤmax以上であるか否かを判別する。 Ｄ[ｉ]j≧Ｄmaxの場合には、ステップＳ１０に進み、Ｄ[ｉ]j ＜Ｄmaxの場合には、ステップＳ１１に進む。この場合、Ｄmax＝０に設定されているため、ステップＳ９の判断結果は「Ｙｅｓ」である。
次に、ステップＳ１０では、ＣＰＵ１７は、Ｄ[ｉ]jをＤmaxとして記憶する。この場合、Ｄ[１]1をＤmaxとして記憶する。そして、ｋを更新する。すなわち、ＤmaxであるＤ[ｉ]jを検出した回転径検出位置ｊをｋとして記憶する。この場合、ｋ＝１を記憶する。
次に、ステップＳ１１では、Ｄ[ｉ]jをＤold[ｉ]jに記憶して、ステップＳ７に戻る。この場合、Ｄ[１]1をＤold[１]1として記憶する。
【００１７】
次に、ステップＳ１２では、次の回転径検出処理工程における検出区間の基準位置ｚ´を設定するため、ｚ´＝ｚ´＋２ｗ−（ｋ−１）ｗを演算する。図６に示す例の場合、１回目の回転径検出処理工程では、回転径の最大値が３番目の検出位置にあったと記憶されており、ｋ＝３が記憶されているため、２回目のｚ´は、１回目のｚ´と同じ位置になる。
次に、ステップＳ１３で、ＣＰＵ１７は、ステップＳ３で求めた分割区間幅ｗが、設定値δ未満であるか否かを判別する。分割区間幅ｗが設定値δ未満であれば検出処理を終了し、設定値δ以上であればステップＳ２に戻る。これにより、分割区間幅ｗが設定値δ未満になるまで回転径検出処理工程が繰り返される。
なお、設定値δは、任意に設定される設定値であり、例えば加工時における工具７の工具径許容誤差等を考慮して決定される。
【００１８】
次に、ステップＳ２では、工程回数ｉを、ｉ＝ｉ＋１により求める。この場合、ｉ＝１＋１＝２であり、２回目の回転径処理工程を行う。２回目の回転径検出処理工程では、１回目の回転径検出処理工程と同等の処理を行う。
なお、２回目の回転径検出処理工程では、ステップＳ４の判定結果が「Ｎｏ」となるため、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、前回の回転径検出処理工程（この場合、１回目の回転径検出処理工程）における回転径検出位置が今回の回転径検出処理工程（この場合、２回目の回転径検出処理工程）における回転径検出位置と同じであれば、前回検出した回転径を用いる。このように、既に検出している回転径を用いることにより、回転径検出時間を短縮することができる。
図６に示す例では、２回目の回転径検出処理工程における１番目、３番目、５場目（ｊ＝１、３、５）の回転径検出位置と１回目の回転径検出処理工程における２番目、３番目、４番目（ｊ＝ｋ−１、ｋ、ｋ＋１）の回転径検出位置と同じであるため、Ｄ［２］1としてＤold［２］k-1を用い、Ｄ［２］3としてＤold［２］kを用い、Ｄ［２］5としてＤold［２］k+1を用いる。
なお、ステップＳ１４では、今回の回転径検出位置が、前回の回転径検出位置だけでなく、それまでの回転径検出位置と同じか否かを判断するようにしてもよい。
【００１９】
ステップＳ１４の処理を行った後、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ステップＳ１４で前回の回転径検出処理工程で検出した回転径を用いることができなかった回転径検出位置の回転径を検出する。図６に示す例では、２番目（ｊ＝２）、４番目（ｊ＝４）の回転径検出位置で、ステップＳ５で検出した方法と同様の方法で、回転径Ｄ［２］2、Ｄ［２］4を検出する。例えば、２番目の回転径検出位置における工具７の先端位置Ｘ１［２］2とＸ２［２］2を検出し、Ｄ［２］2＝｜Ｘ１［２］2−Ｘ２［２］2｜を求める。
ステップＳ１５の処理を行った後、ステップＳ６以下の処理を行う。
以上のような回転径検出処理工程を、分割区間幅ｗが設定地δ未満になるまで、工程回数ｉを１づず増加させて行う。
【００２０】
以上の実施の形態では、図７に示すステップＳ５では、全ての回転径検出位置（ｊ＝１〜５）で回転径を検出したが、一部を省略することもできる。
例えば、通常、工具（切削チップ）の回転径の軌跡は、図６に示すように、極大値が１つである。すなわち、回転径の極大値は、その回転径検出処理工程における最大回転径とみなすことができる。したがって、回転径が極大値であることを検出されると、それ以後の回転径の検出を省略することができる。
例えば、ステップＳ５において、ｊ番目の回転径Ｄ［１］jを検出した時、「ｊ−１」番目の回転径Ｄ［１］j-1が、ｊ番目の回転径Ｄ［１］j及び「ｊ−２」番目の回転径Ｄ［１］j-2より大きい場合（例えば、Ｄ［１］j-1＞Ｄ［１］j、且つＤ［１］j-1＞Ｄ［１］j-2）には、ｊ＋１番目以降の回転径検出位置での回転径の検出処理を中止（ｉ回目の回転径検出処理工程を終了）する。
以上のようにして求められた工具７の回転径Ｄmaxは、ＣＰＵ１７が工具径補正ルーチンを実行する際に使用される。このルーチンでは、回転径Ｄmaxとその工具について予め登録されたその工具の呼び回転径とに基づいて偏差量が求められ、周知（せり出し機構については、例えば前述した実公昭６１−３５３６５号公報に記載されている）のように工具７のせり出し機構の一部を回転不能に拘束した状態でせり出し制御ユニット１６が主軸サーボモータ１３を偏差量に応じた回転角度だけ回転するように制御し、切削チップ１８尖端の位置を工具７に対し半径方向に位置補正する。これにより、工具７の実際の回転径は呼び回転径に正確に一致される。
従って、その後ＮＣ制御ルーチンが実行されボーリング加工が行われるとき、工作物Ｗには目標とする直径の穴が精密に仕上げ加工されるようになる。
【００２１】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更してもよい。
例えば、本実施の形態では、４軸数値制御軸（ＮＣ軸）を備えるコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）付きのマシニングセンタ（工作機械）１の工具７の回転径を検出する場合を用いて説明したが、工作機械の種類については、種々変更可能である。
また、切削チップ１８を取付けた工具７の工具回転径を検出したが、工具回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具であれば工具の種類、形状については、種々変更可能である。
また、切削チップ１８の角部１８ａを、工具７の回転径で最も大きくなる位置としたが、回転径が最も大きくなる工具７の位置については、切削チップ１８の角部１８ａに限定しない。
また、ＣＮＣ９にせり出し制御ユニット１６を、工具７の内部にせり出し機構を設けたが、せり出し制御ユニット１６とせり出し機構は省略してもよい。せり出し機構を内蔵していない工具を使用してその工具径よりもかなり大径の穴を加工する場合では、工具の回転中心が加工すべき穴中心の廻りを周回運動するオービット加工が行われる。このオービット加工では、サドル３ｂとテーブル３ａを同時２軸制御し、高速回転している工具の中心が工作物Ｗに対し相対的に加工すべき穴中心と同心の円軌跡上を移動するように制御される。この円軌跡は、工具の呼び回転径と加工すべき穴の仕上げ径によりその半径が決定されるが、工具径検出ルーチンにより求められた工具の回転径Ｄmaxと呼び回転径との偏差量に応じて円軌跡を径方向内側あるいは外側に補正し、この補正した円軌跡に沿って高速回転状態の工具を周回運動させることにより、目標径の穴を精密に仕上げ加工することが可能となる。
また、レーザビーム式の光学式計測装置２１を用いて工具７の工具回転径を検出したが、工具７の最先端の位置を検出する計測装置については、他の光学式計測装置等種々の計測装置を用いることができる。
また、サドル３ｂに光学式計測装置２１を配設し、サドル３ｂと主軸ヘッド５を移動させて工具７の位置を検出したが、工具７の位置の検出方法については、種々変更可能である。
また、光学式計測装置２１では、レーザビームの受光強度が発光強度の半分になるときに工具７の最先端で遮光される位置を検出したが、閾値については、適宜変更可能である。
また、工具の回転径を検出する処理方法は、図７及び図８のフローチャート図に示した方法に限定されない。
また、分割区間幅ｗはｗ＝ａ／（２ｉ）で演算し、分割区間数を４（回転径検出位置を５箇所）に設定したが、分割区間幅ｗを求める演算式ｗ＝ａ／（２ｉ）と分割区間数については、種々変更可能である。
また、回転径検出位置を等間隔に設定したが、回転径検出位置の間隔は等間隔でなくてもよい。
また、基準位置を検出区間の中央位置に設定したが、基準位置の設定は種々変更可能である。
また、最大回転径を検出する方法は、実施の形態で説明した方法に限定されない。
また、分割区間幅が設定値未満（あるいは、以下）になった場合に回転径検出処理を終了させたが、回転径検出処理を終了させる条件（所定条件）としては、これに限定されず種々の条件を用いることができる。例えば、回転径検出処理工程を所定回数行ったことを所定条件とする。この方法を用いれば、工程回数のみを監視すればよいため、回転径検出処理を終了させる処理が簡単である。あるいは、前回の回転径検出処理工程における最大回転径と今回の回転径検出処理工程における最大回転径との差が設定以内になったことを所定条件とする。この方法を用いれば、回転径検出処理を、工具の形状等に応じてた最適な状態で終了させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による工具の回転径検出方法を用いれば、工具回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具の工具回転径を自動的に、短時間で検出することができる。このため、工作物の加工時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による工具回転径検出方法を実施する工作機械の概略図である。
【図２】図２ａは、角部が直角形状の切削チップを工具に取付け、図２ｂは、角部が鋭角形状の切削チップを工具に取付けて、工具を回転させている状態を示す図である。
【図３】光学式計測装置を用いて工具の回転径を検出する状態を示す概略図である。
【図４】図４ａは、レーザビームが切削チップの最先端で遮光される位置Ｘ１、図４ｂは、位置Ｘ２を検出する状態を示す図である。
【図５】工具の回転径を検出する原理を説明する図である。
【図６】光学式計測装置を用いて工具の回転径を検出する動作を説明する図である。
【図７】工具回転径を検出する処理の一例を示すフローチャート図（前半）である。
【図８】工具回転径を検出する処理の一例を示すフローチャート図（後半）である。
【図９】工具チップ（切削刃）を用いて工作物の穴開けの加工を行う状態を示す図である。
【符号の説明】
１…工作機械
３ａ…テーブル
３ｂ…サドル
７…工具
９…ＣＮＣ
１４…記憶装置
１７…ＣＰＵ
１８…切削チップ
２１…光学式計測装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械において加工に用いる工具の回転時における工具回転径を検出する工具回転径検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばマシンニングセンタ等の工作機械で工作物を加工する場合、工具チップ（切削刃）を工具取付部の外周部に取付けて加工することがある。図９は、工具チップ（切削刃）を用いて工作物の穴開け加工を行う状態を示す図である。
工具チップ（切削刃）は多角形状に形成されており、例えば図９に示すように、工具チップ１０２の角部１０２ａで工作物１００の加工を行う。この場合、工具チップ１０２の角部１０２ａは、工具取付具１０１の外周よりも半径方向の外側に突出している。このような工作機械では、加工精度を向上させるために、工具チップ１０２の角部１０２ａの回転径、すなわち工具の回転径の最大値（以下、「工具回転径」という）を検出する必要がある。
ここで、工具回転径を検出する必要性について説明する。
工具を工具主軸に挿着した時には、工具回転径は、工具の工具主軸への取付け状態によって変化する。また、工具の最外周部の刃先形状は、加工中に刃先が摩耗したり、刃先垂れが起るために、加工前後では変化する。このため、最大回転径、すなわち工具回転径が変化する。工具回転径は加工精度に影響するため、工具回転径を検出する必要がある。
従来では、工具回転径を検出する場合、工具の回転を停止させた状態で、作業者がツールプリセッタやマイクロメータ等の測定器具を用いて、手作業で角部１０２ａの回転径を検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の工具径検出方法は、作業者が手作業で工具回転径を検出するため、面倒であり、時間もかかる。
そこで、工具チップ（切削刃）が取付けられているような工具の工具回転径を自動で検出できる工具回転径検出装置が要望される。工具回転径を自動的に検出できる工具回転径検出方法としては、例えばＢＬＵＭ社製（ドイツ）のレーザビーム式寸法計測装置等の光学式寸法計測装置を用いる方法が知られている。レーザビーム式寸法計測装置は、レーザビーム（光線）を発光器から受光器に向けて発光し、レーザビーム（光線）が工具で遮光される時の受光強度によって工具の両端の位置を検出する。そして、検出された工具の両端の位置に基づいて工具回転径を検出する。レーザビーム式寸法計測装置は、工具が回転している状態で、工具の回転径を検出することが可能である。
しかしながら、工具の回転軸に沿った各位置での回転径が同じ工具（例えば、円柱形状の工具）の場合には、１箇所の回転径を検出すれば工具回転径を検出することができるが、工具の回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具では、工具の回転径が最大となる位置で、工具の回転径を検出する必要がある。したがって、工具の回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具の工具回転径を光学式寸法計測装置によって検出する場合、工具の回転軸に沿って工具を単位距離シフトさせた多数の位置で工具の回転径を検出する必要があるため、検出に時間がかかる。
本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、工具の回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具の工具回転径を自動的に、短時間で検出することができる工具回転径検出方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項１に記載の工具回転径検出方法では、工具を回転させた状態で、工具の回転軸に沿った検出区間内の、予め設定した所定数の回転径検出位置における回転径を検出し、検出された回転径の中から最大の回転径を検出する処理を、最大回転径の回転径検出位置を新たな基準位置とするとともに、検出区間を順次狭めながら複数回行うことよって、工具回転径を求める。
請求項１に記載の工具回転径検出方法を用いれば、回転径を検出する回転径検出位置の数を少なくすることができるため、自動的に、短時間で工具回転径を検出することができる。
また、本発明の工具回転径検出方法では、前記検出処理を所定条件が満足されるまで繰り返し実行するようにした方法である。繰り返し実行により最大回転径の位置を含む回転軸方向の範囲が絞られ、高精度な工具回転径検出が可能となる。
また、第２発明は、請求項２に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項２に記載の工具径検出処理方法では、前記ステップ（ｂ）〜ステップ（ｄ）を繰り返した際、前回のステップ（ｂ）における所定数の回転径検出位置と、今回のステップ（ｂ）における所定数の回転径検出位置とで、重なった位置となった回転径検出位置では、前回検出した工具回転径を用いる。
また、第３発明は、請求項３に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項３に記載の工具径検出処理方法では、回転径を検出する回転径検出位置の間隔が設定値以下になることを検出処理の終了条件とする。これにより、回転径検出工程の回数が最適となる。
また、第４発明は、請求項４に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項４に記載の工具回転径検出方法では、ステップ（ｂ）〜ステップ（ｄ）の回転径検出処理工程の繰り返し回数を検出処理の終了条件とする。このため、工具の回転径を検出する処理を終了させるための判断が簡単である。
また、第５発明は、請求項５に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項５に記載の工具回転径検出方法では、直前の回転径検出処理工程における最大の回転径と今回の回転径検出処理工程における最大回転径の差が設定値以内にあることを検出処理の終了条件とする。このため、最適な状態で工具の回転径を検出する処理を終了させることができる。
また、第６発明は、請求項６に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項６に記載の工具回転径検出方法では、所定数の回転径検出位置におけるｎ番目の回転径検出位置で回転径を検出した時に、（ｎ−１）番目の回転径検出位置で検出した回転径がｎ番目の回転径検出位置で検出した回転径及び（ｎ−２）番目の回転径検出位置で検出した回転径よりも大きいと判定される場合には、今回のステップ（ｃ）において（ｎ＋１）番目以降の回転径検出位置での工具回転径の検出処理を中止し、前記（ｎ−１）番目の回転径検出位置での工具回転径を今回のステップ（ｃ）における最大の回転径とする。このため、回転径を検出する時間が一層短縮される。
また、第７発明は、請求項７に記載されたとおりの工具回転径検出方法である。
請求項７に記載の工具回転径検出方法では、光学式計測装置を用いて工具の回転径を検出する。これにより、簡単な構成で、安価に工具回転径を自動で検出することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図１〜図３を用いて説明する。本実施の形態では、４軸数値制御軸（ＮＣ軸）を備えるコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）付きのマシニングセンタ（以下、「工作機械」いう）１で用いられる工具７の回転径を検出する場合について説明する。図１は、サドル３ｂに光学式計測装置２１を配設した工作機械１の概略図である。なお、工作機械１の駆動方向は、図１に矢印で示すＸ軸方向（紙面に対して前後方向）、Ｙ軸方向（左右方向）、Ｚ軸方向（上下方向）とする。また、図１の右上部に示したＸ、Ｙ、Ｚの矢印の方向をプラス方向とする。図２ａは、角部１８ａが直角形状の切削チップ１８を工具７に取付けて回転させた状態で、φは工具７の工具回転径を示す。図２ｂは、角部１８ａが鋭角形状の切削チップ１８を工具７に取付けて回転させた状態で、φは工具７の工具回転径を示す。図３は、光学式計測装置２１を用いて工具７の回転径を検出する状態を示す概略図である。
【０００６】
工作機械１は、工作物Ｗを載置するテーブル３ａとこれを案内するサドル３ｂとを有し、サドル３ｂ上に工具７の軸方向各位置における回転径を検出するための光学式計測装置２１を備えている。
ベッド２及びサドル３ｂには、サドル３ｂとテーブル３ａをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる駆動用のＸ軸サーボモータ１０及びＹ軸サーボモータ１１がそれぞれ取付けられている。これにより、テーブル３ａは、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。ベッド２に直立して固定されたコラム４には、主軸ヘッド５をＺ軸方向（上下方向）に移動させる駆動用のＺ軸サーボモータ１２が取付けられている。主軸ヘッド５は、Ｚ軸方向に移動可能である。
主軸ヘッド５には、工具主軸６を回転させる駆動用の主軸サーボモータ１３が取付けられている。工具７は工具主軸６に挿着されている。工作物Ｗは、サドル３ｂとテーブル３ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の移動制御と、主軸ヘッド５のＺ軸方向の移動制御と、主軸サーボモータ１３の駆動による工具７の回転によって加工される。
【０００７】
工作機械１には、プログラム等を入力する入力装置（図示省略）と、情報を表示する表示装置（図示省略）が設けられている。入力装置を操作することによって、光学式計測装置２１や、サドル３ｂ、テーブル３ａ、主軸ヘッド５、工具主軸６等を動作させることができる。また、工具の回転径検出プログラムの作成及び編集時におけるプログラムデータや、テーブルの位置座標や工具径の計測値等は、表示装置で表示される。
【０００８】
工作機械１には、４軸数値制御軸（ＮＣ軸）を制御するコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）（以下、「ＣＮＣ」いう）９が設けられている。ＣＮＣ９は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）（以下、「ＣＰＵ」いう）１７、記憶装置１４、ＮＣ軸駆動ユニット１５、せり出し制御ユニット１６で構成されている。Ｘ軸サーボモータ１０、Ｙ軸サーボモータ１１、Ｚ軸サーボモータ１２、主軸サーボモータ１３の駆動は、ＣＰＵ１７やＮＣ軸駆動ユニット１５等によって制御される。
また、ＣＮＣ９には、工具の回転径検出ルーチン（プログラム）、工具の回転径補正ルーチン（プログラム）やＮＣ制御ルーチン（プログラム）、工具の位置や回転径等が記憶装置１４に記憶され、これらのルーチンがＣＰＵ１７により実行されるようになっている。
ＣＰＵ１７は、記憶装置１４、ＮＣ軸駆動ユニット１５、せり出し制御ユニット１６とに連結されている。ＮＣ軸駆動ユニット１５、せり出し制御ユニット１６と、Ｘ軸サーボモータ１０、Ｙ軸サーボモータ１１、Ｚ軸サーボモータ１２、主軸サーボモータ１３は、コラム４に設けられている中継盤８を介して接続されている。
【０００９】
工具主軸６に図略の自動工具交換装置により選択的に挿着される各種工具７には、例えば図２ａと図２ｂに示すように、切削チップ１８が備えられている。工作物Ｗは、切削チップ１８の角部１８ａを用いて加工される。工具７の内部には、例えば、実公昭６１−３５３６５号公報に記載されるような公知のせり出し機構（図示省略）が設けられている。せり出し機構は、工具７を加工穴径に合わせたり、切削チップ１８の角部１８ａの摩耗量を補正するため、切削チップ１８を工具７の半径方向に移動させて、工具回転径を調節するための機構である。
なお、切削チップ１８の移動調整は、せり出し制御ユニット１６でせり出し機構を駆動させ、自動で制御されるようになっている。
【００１０】
光学式計測装置２１には、図３に示すように、レーザビーム（光線）を照射する発光器２２（例えば、半導体レーザ素子）と、レーザビームを受光する受光器２３（例えば、フォトダイオード）が設けられている。光学式計測装置２１は、レーザビームの投射方向が工具７の軸方向とほぼ直交するようにサドル３ｂに配設されている。
光学式計測装置２１は、図３に示すように、発光器２２から照射されたレーザビームが、切削チップ１８の先端（例えば、角部１８ａ）によって遮光され、受光器２３の受光強度が閾値（例えば、受光強度が通常時のレベルの半分）になると信号を出力し、その位置における切削チップ１８の最先端の位置を検出することができる。光学式計測装置２１からの出力信号は、インタフェイス（Ｉ／Ｆ）を介してＣＰＵ１７に入力される。光学式計測装置２１の検出信号は、その時点におけるサドル３ｂの位置をＸ軸サーボモータ１０のエンコーダ（図示省略）から読み取るために利用される。
【００１１】
次に、上述した光学式計測装置２１を用いて、工具７の工具回転径を検出する工具回転径検出方法について、図４〜図８に基づいて説明する。
まず、工具７の回転径を検出する動作を説明する。
「１」図４ａに示すように、工具７を回転させた状態でサドル３ｂをＸ軸のプラス方向からマイナス方向側に移動させ、光学式計測装置２１のレーザビームが、切削チップ１８のＸ軸方向プラス側の最先端で遮光される位置Ｘ１を検出する。「２」図４ｂに示すように、工具を回転させた状態で、サドル３ｂをＸ軸のマイナス方向からプラス方向側に移動させ、光学式計測装置２１のレーザビームが、切削チップ１８のＸ軸方向マイナス側の最先端で遮光される位置Ｘ２を検出する。「３」両位置Ｘ１、Ｘ２の距離｜Ｘ１−Ｘ２｜を求める。図５に示すように、｜Ｘ１−Ｘ２｜は、回転軸方向（Ｚ軸方向）の任意の位置における回転径である。また、位置Ｘ１、Ｘ２は、光学式計測装置２１が信号を出力する時点のサドル３ｂの位置をＸ軸サーボモータ１０のエンコーダ（図示省略）から読み取ることにより得られる。
【００１２】
次に、工具回転径を検出する処理を、図７及び図８のフローチャート図に基づいて説明する。以下では、図２に示されるような、切削チップ１８を備える工具７の工具回転径を検出する場合について説明する。
光学式計測装置２１を用いて工具７の工具回転径を検出する工具回転径検出プログラムは、記憶装置１４に予め記憶されている。
ここで、図７及び図８のフローチャート図に用いられている変数の定義について説明する。変数ｉは、回転径検出処理工程の回数（ｉ回目）を示す。変数ｊは、各回転径検出処理工程における回転径検出位置（ｊ番目の検出位置）を示す。変数ｋは、各回転径検出処理工程における最大回転径の検出位置を示す。変数Ｄ[ｉ]jは、ｊ番目の回転径検出位置における回転径を示す。変数Ｄmaxは、Ｄ[ｉ]jのなかで最大のものを示し、変数Ｄold[ｉ]jは、前回の回転径検出処理工程におけるｊ番目の回転径検出位置の回転径を示す。変数ｚ´は、各回転径検出処理工程における検出区間の基準位置を示す。定数ａは、初回測定時における変数（基準位置）ｚ´の正負（上下）両側の区間幅を示す。なお、定数ａは、工具に対応させて予め設定しておいてもよいし、工具回転径検出時にオペレータが設定してもよい。変数ｗは、回転径検出処理工程における分割区間幅（回転径を検出する工具軸方向の間隔）を示す。
【００１３】
工具回転径検出処理が開始されると、まず、ステップＳ１で、変数の初期値を設定する。例えば、基準位置ｚ´を「ｚ0」に、検出処理工程回数ｉを「０」に、最大値Ｄmaxを「０」に初期設定する。
次に、ステップＳ２では、ｉ＝ｉ＋１と設定する。この場合、ｉ＝０であるから、ｉ＝０＋１＝１、すなわち１回目の回転径検出処理工程を実行する。
次に、ステップＳ３では、基準位置ｚ´を中心とした正負（Ｚ軸）の両側に区間幅ａを有する検出区間内における分割区間幅ｗを設定する。本実施の形態では、分割区間数を４（回転径検出位置を等間隔の５箇所）に設定しているため、分割区間幅ｗは、ｗ＝ａ／（２ｉ）で演算する。ここで、ｉ＝１の場合、ｗ＝ａ／２となり、１回目の回転径検出処理工程では、分割区間幅がａ／２に設定される。すなわち、１回目の回転径検出処理工程では、図６に示すように、検出区間「Ｌ1」で、回転径検出位置は、ｊ＝１の時に［ｚ´＋ａ］、ｊ＝２の時に［ｚ´＋ａ／２］、ｊ＝３の時に［ｚ´］、ｊ＝４の時に［ｚ´−ａ／２］、ｊ＝５の時に［ｚ´−ａ］である。
なお、分割区間数や分割区間幅ｗの設定方法は適宜変更可能である。
【００１４】
次に、ステップＳ４で、ＣＰＵ１７は、ｉが１であるか否か、すなわち回転径検出処理工程が１回目であるか否かを判断する。回転径検出処理工程が１回目（ｉ＝１）であれば、ステップＳ５に進み、２回目以降（ｉ≧２）であれば、ステップＳ１４に進む。
次に、ステップＳ５では、ＣＰＵ１７は、図４ａ及び図４ｂ、図５に示した方法でＺ軸に沿った検出区間Ｌ1内の各回転径検出位置（ｊ＝１〜５）における回転径を検出する。例えば、１番目（ｊ＝１）の回転径検出位置（ｚ´＋ａ）において、工具７の最先端の位置Ｘ１[１]1とＸ２[１]1を検出し、Ｄ[１]1＝｜Ｘ１[１]1−Ｘ２[１]1｜を求める。求めたＤ[１]1は、記憶装置１４のデータ領域に記憶される。同様の方法で２番目〜５番目の回転径検出位置（ｊ＝２〜５）へ主軸ヘッド５を順次シフトし、これら位置における回転径Ｄ[１]2〜Ｄ[１]5を求める。
【００１５】
次に、ステップＳ６では、変数ｊを「０」に、変数ｋを「０」に設定する。
次に、ステップＳ７では、ｊ＝ｊ＋１を設定する。この場合、ｊ＝０であるから、ｊ＝０＋１＝１である。
次に、ステップＳ８では、ｊが５以下であるか否か（１番目〜５番目の回転径検出位置であるか否か）を判別する。本実施の形態では、１回の回転径検出処理工程では回転径を５箇所で検出しているため、ｊが５以下であるか否かを判別している。ｊが５以下であれば、ステップＳ９に進み、ｊが６以上であれば、ステップＳ１２に進む。
【００１６】
次に、ステップＳ９では、ＣＰＵ１７は、Ｄ[ｉ]jがＤmax以上であるか否かを判断する。この場合、ｊ＝１であるから、Ｄ[１]1がＤmax以上であるか否かを判別する。 Ｄ[ｉ]j≧Ｄmaxの場合には、ステップＳ１０に進み、Ｄ[ｉ]j ＜Ｄmaxの場合には、ステップＳ１１に進む。この場合、Ｄmax＝０に設定されているため、ステップＳ９の判断結果は「Ｙｅｓ」である。
次に、ステップＳ１０では、ＣＰＵ１７は、Ｄ[ｉ]jをＤmaxとして記憶する。この場合、Ｄ[１]1をＤmaxとして記憶する。そして、ｋを更新する。すなわち、ＤmaxであるＤ[ｉ]jを検出した回転径検出位置ｊをｋとして記憶する。この場合、ｋ＝１を記憶する。
次に、ステップＳ１１では、Ｄ[ｉ]jをＤold[ｉ]jに記憶して、ステップＳ７に戻る。この場合、Ｄ[１]1をＤold[１]1として記憶する。
【００１７】
次に、ステップＳ１２では、次の回転径検出処理工程における検出区間の基準位置ｚ´を設定するため、ｚ´＝ｚ´＋２ｗ−（ｋ−１）ｗを演算する。図６に示す例の場合、１回目の回転径検出処理工程では、回転径の最大値が３番目の検出位置にあったと記憶されており、ｋ＝３が記憶されているため、２回目のｚ´は、１回目のｚ´と同じ位置になる。
次に、ステップＳ１３で、ＣＰＵ１７は、ステップＳ３で求めた分割区間幅ｗが、設定値δ未満であるか否かを判別する。分割区間幅ｗが設定値δ未満であれば検出処理を終了し、設定値δ以上であればステップＳ２に戻る。これにより、分割区間幅ｗが設定値δ未満になるまで回転径検出処理工程が繰り返される。
なお、設定値δは、任意に設定される設定値であり、例えば加工時における工具７の工具径許容誤差等を考慮して決定される。
【００１８】
次に、ステップＳ２では、工程回数ｉを、ｉ＝ｉ＋１により求める。この場合、ｉ＝１＋１＝２であり、２回目の回転径処理工程を行う。２回目の回転径検出処理工程では、１回目の回転径検出処理工程と同等の処理を行う。
なお、２回目の回転径検出処理工程では、ステップＳ４の判定結果が「Ｎｏ」となるため、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、前回の回転径検出処理工程（この場合、１回目の回転径検出処理工程）における回転径検出位置が今回の回転径検出処理工程（この場合、２回目の回転径検出処理工程）における回転径検出位置と同じであれば、前回検出した回転径を用いる。このように、既に検出している回転径を用いることにより、回転径検出時間を短縮することができる。
図６に示す例では、２回目の回転径検出処理工程における１番目、３番目、５場目（ｊ＝１、３、５）の回転径検出位置と１回目の回転径検出処理工程における２番目、３番目、４番目（ｊ＝ｋ−１、ｋ、ｋ＋１）の回転径検出位置と同じであるため、Ｄ［２］1としてＤold［２］k-1を用い、Ｄ［２］3としてＤold［２］kを用い、Ｄ［２］5としてＤold［２］k+1を用いる。
なお、ステップＳ１４では、今回の回転径検出位置が、前回の回転径検出位置だけでなく、それまでの回転径検出位置と同じか否かを判断するようにしてもよい。
【００１９】
ステップＳ１４の処理を行った後、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ステップＳ１４で前回の回転径検出処理工程で検出した回転径を用いることができなかった回転径検出位置の回転径を検出する。図６に示す例では、２番目（ｊ＝２）、４番目（ｊ＝４）の回転径検出位置で、ステップＳ５で検出した方法と同様の方法で、回転径Ｄ［２］2、Ｄ［２］4を検出する。例えば、２番目の回転径検出位置における工具７の先端位置Ｘ１［２］2とＸ２［２］2を検出し、Ｄ［２］2＝｜Ｘ１［２］2−Ｘ２［２］2｜を求める。
ステップＳ１５の処理を行った後、ステップＳ６以下の処理を行う。
以上のような回転径検出処理工程を、分割区間幅ｗが設定地δ未満になるまで、工程回数ｉを１づず増加させて行う。
【００２０】
以上の実施の形態では、図７に示すステップＳ５では、全ての回転径検出位置（ｊ＝１〜５）で回転径を検出したが、一部を省略することもできる。
例えば、通常、工具（切削チップ）の回転径の軌跡は、図６に示すように、極大値が１つである。すなわち、回転径の極大値は、その回転径検出処理工程における最大回転径とみなすことができる。したがって、回転径が極大値であることを検出されると、それ以後の回転径の検出を省略することができる。
例えば、ステップＳ５において、ｊ番目の回転径Ｄ［１］jを検出した時、「ｊ−１」番目の回転径Ｄ［１］j-1が、ｊ番目の回転径Ｄ［１］j及び「ｊ−２」番目の回転径Ｄ［１］j-2より大きい場合（例えば、Ｄ［１］j-1＞Ｄ［１］j、且つＤ［１］j-1＞Ｄ［１］j-2）には、ｊ＋１番目以降の回転径検出位置での回転径の検出処理を中止（ｉ回目の回転径検出処理工程を終了）する。
以上のようにして求められた工具７の回転径Ｄmaxは、ＣＰＵ１７が工具径補正ルーチンを実行する際に使用される。このルーチンでは、回転径Ｄmaxとその工具について予め登録されたその工具の呼び回転径とに基づいて偏差量が求められ、周知（せり出し機構については、例えば前述した実公昭６１−３５３６５号公報に記載されている）のように工具７のせり出し機構の一部を回転不能に拘束した状態でせり出し制御ユニット１６が主軸サーボモータ１３を偏差量に応じた回転角度だけ回転するように制御し、切削チップ１８尖端の位置を工具７に対し半径方向に位置補正する。これにより、工具７の実際の回転径は呼び回転径に正確に一致される。
従って、その後ＮＣ制御ルーチンが実行されボーリング加工が行われるとき、工作物Ｗには目標とする直径の穴が精密に仕上げ加工されるようになる。
【００２１】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更してもよい。
例えば、本実施の形態では、４軸数値制御軸（ＮＣ軸）を備えるコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）付きのマシニングセンタ（工作機械）１の工具７の回転径を検出する場合を用いて説明したが、工作機械の種類については、種々変更可能である。
また、切削チップ１８を取付けた工具７の工具回転径を検出したが、工具回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具であれば工具の種類、形状については、種々変更可能である。
また、切削チップ１８の角部１８ａを、工具７の回転径で最も大きくなる位置としたが、回転径が最も大きくなる工具７の位置については、切削チップ１８の角部１８ａに限定しない。
また、ＣＮＣ９にせり出し制御ユニット１６を、工具７の内部にせり出し機構を設けたが、せり出し制御ユニット１６とせり出し機構は省略してもよい。せり出し機構を内蔵していない工具を使用してその工具径よりもかなり大径の穴を加工する場合では、工具の回転中心が加工すべき穴中心の廻りを周回運動するオービット加工が行われる。このオービット加工では、サドル３ｂとテーブル３ａを同時２軸制御し、高速回転している工具の中心が工作物Ｗに対し相対的に加工すべき穴中心と同心の円軌跡上を移動するように制御される。この円軌跡は、工具の呼び回転径と加工すべき穴の仕上げ径によりその半径が決定されるが、工具径検出ルーチンにより求められた工具の回転径Ｄmaxと呼び回転径との偏差量に応じて円軌跡を径方向内側あるいは外側に補正し、この補正した円軌跡に沿って高速回転状態の工具を周回運動させることにより、目標径の穴を精密に仕上げ加工することが可能となる。
また、レーザビーム式の光学式計測装置２１を用いて工具７の工具回転径を検出したが、工具７の最先端の位置を検出する計測装置については、他の光学式計測装置等種々の計測装置を用いることができる。
また、サドル３ｂに光学式計測装置２１を配設し、サドル３ｂと主軸ヘッド５を移動させて工具７の位置を検出したが、工具７の位置の検出方法については、種々変更可能である。
また、光学式計測装置２１では、レーザビームの受光強度が発光強度の半分になるときに工具７の最先端で遮光される位置を検出したが、閾値については、適宜変更可能である。
また、工具の回転径を検出する処理方法は、図７及び図８のフローチャート図に示した方法に限定されない。
また、分割区間幅ｗはｗ＝ａ／（２ｉ）で演算し、分割区間数を４（回転径検出位置を５箇所）に設定したが、分割区間幅ｗを求める演算式ｗ＝ａ／（２ｉ）と分割区間数については、種々変更可能である。
また、回転径検出位置を等間隔に設定したが、回転径検出位置の間隔は等間隔でなくてもよい。
また、基準位置を検出区間の中央位置に設定したが、基準位置の設定は種々変更可能である。
また、最大回転径を検出する方法は、実施の形態で説明した方法に限定されない。
また、分割区間幅が設定値未満（あるいは、以下）になった場合に回転径検出処理を終了させたが、回転径検出処理を終了させる条件（所定条件）としては、これに限定されず種々の条件を用いることができる。例えば、回転径検出処理工程を所定回数行ったことを所定条件とする。この方法を用いれば、工程回数のみを監視すればよいため、回転径検出処理を終了させる処理が簡単である。あるいは、前回の回転径検出処理工程における最大回転径と今回の回転径検出処理工程における最大回転径との差が設定以内になったことを所定条件とする。この方法を用いれば、回転径検出処理を、工具の形状等に応じてた最適な状態で終了させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による工具の回転径検出方法を用いれば、工具回転軸に沿った位置によって回転径が異なる工具の工具回転径を自動的に、短時間で検出することができる。このため、工作物の加工時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による工具回転径検出方法を実施する工作機械の概略図である。
【図２】図２ａは、角部が直角形状の切削チップを工具に取付け、図２ｂは、角部が鋭角形状の切削チップを工具に取付けて、工具を回転させている状態を示す図である。
【図３】光学式計測装置を用いて工具の回転径を検出する状態を示す概略図である。
【図４】図４ａは、レーザビームが切削チップの最先端で遮光される位置Ｘ１、図４ｂは、位置Ｘ２を検出する状態を示す図である。
【図５】工具の回転径を検出する原理を説明する図である。
【図６】光学式計測装置を用いて工具の回転径を検出する動作を説明する図である。
【図７】工具回転径を検出する処理の一例を示すフローチャート図（前半）である。
【図８】工具回転径を検出する処理の一例を示すフローチャート図（後半）である。
【図９】工具チップ（切削刃）を用いて工作物の穴開けの加工を行う状態を示す図である。
【符号の説明】
１…工作機械
３ａ…テーブル
３ｂ…サドル
７…工具
９…ＣＮＣ
１４…記憶装置
１７…ＣＰＵ
１８…切削チップ
２１…光学式計測装置
Claims (7)
- 工具の回転時における工具回転径を検出する工具回転径検出方法であって、
（ａ）工具の回転軸に沿った任意の位置を基準位置ｚ´に設定するステップと、
（ｂ）前記回転軸に沿って、前記基準位置ｚ´を含み互いに所定の区間幅ｗだけ離れた、予め設定した所定数の回転径検出位置を設定するステップと、
（ｃ）前記所定数の回転径検出位置でそれぞれ前記工具回転径を検出して最大の回転径を求めるステップと、
（ｄ）前記所定数の回転径検出位置の中から前記最大の回転径となった位置を新たな基準位置ｚ´に設定し、前記区間幅ｗを１／２とした新たな区間幅ｗを設定するステップとを有し、
前記ステップ（ｂ）〜ステップ（ｄ）を所定条件が満足されるまで繰り返し実行し、最後に実行された前記ステップ（ｃ）で検出された最大の回転径を前記工具回転径とすることを特徴とする工具回転径検出方法。 - 請求項１に記載の工具回転径検出方法であって、
前記ステップ（ｂ）〜ステップ（ｄ）を繰り返した際、
前回のステップ（ｂ）における所定数の回転径検出位置と、今回のステップ（ｂ）における所定数の回転径検出位置とで、
重なった位置となった回転径検出位置では、前回検出した工具回転径を用いることを特徴とする工具回転径検出方法。 - 請求項１または２に記載の工具回転径検出方法であって、
前記所定条件は、前記ステップ（ｄ）で設定した新たな区間幅ｗが設定値以下になったとき満足されることを特徴とする工具回転径検出方法。 - 請求項１または２に記載の工具回転径検出方法であって、
前記所定条件は、前記ステップ（ｂ）〜ステップ（ｄ）が所定回数繰り返されたとき満足されることを特徴とする工具回転径検出方法。 - 請求項１または２に記載の工具径検出方法であって、
前記所定条件は、前記ステップ（ｂ）〜ステップ（ｄ）を繰り返す際、前回のステップ（ｃ）で検出された最大の回転径と今回のステップ（ｃ）で検出された最大の回転径の差が設定値以内になったとき満足されることを特徴とする工具回転径検出方法。 - 請求項１〜５のいずれかに記載の工具回転径検出方法であって、
前記ステップ（ｃ）では、前記所定数の回転径検出位置におけるｎ番目の回転径検出位置で検出した時に、（ｎ−１）番目の回転径検出位置で検出した回転径がｎ番目及び（ｎ−２）番目の回転径検出位置で検出した回転径より大きいと判定される場合には、今回のステップ（ｃ）において（ｎ＋１）番目以降の回転径検出位置での工具回転径の検出処理を中止し、前記（ｎ−１）番目の回転径検出位置での工具回転径を今回のステップ（ｃ）における最大の回転径とすることを特徴とする工具回転径検出方法。 - 請求項１〜６のいずれかに記載の工具回転径検出方法であって、
前記ステップ（ｃ）では、発光器及び受光器を使用し、発光器から受光器に照射される光線に対し相対的に前記工具を回転軸線方向の前記所定数の回転径検出位置に順次位置決めし、これら各位置決め位置において前記工具を前記光線を横断する方向に光線に対し相対的に移動させて工具の両端の位置を検出し、検出した位置に基づいて回転径を検出することを特徴とする工具回転径検出方法。
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