JP3979891B2 - 工具測定方法、及び工具測定機能を備えた工作機械 - Google Patents
工具測定方法、及び工具測定機能を備えた工作機械 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具測定方法、及び工具測定機能を備えた工作機械に関し、工作機械の主軸に装着した工具の正確な刃先位置や工具長を求める工具測定方法、及びその工具測定方法で求めた工具の正確な刃先位置や工具長に基づいて、所望される加工を精度良くかつ確実に行うことができる工具測定機能を備えた工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フライス盤やマシニングセンタ等の工作機械においては、主軸に装着した工具とテーブルに固定したワークとを相対移動させて所望の形状にワークを加工する。従って主軸に装着した工具の刃先位置や工具長は、ワークの加工精度に大きな影響を与える。
【０００３】
特にＮＣ工作機械では、ワークと工具との相対移動を指令することによりワークの加工が行われるので、工具種類や工具の摩耗による長さまたは径の変化によって主軸と工具の刃先との相対位置関係、すなわち工具の刃先位置や工具長が変化すると、所望される加工を正確に行うことができなくなる。そこで、主軸と工具の刃先との相対位置関係を把握するために、水平方向に延びるスタイラスに工具の先端を接触させる接触式の工具先端位置検出方法が利用されている。また、特開平９−３００１７８号公報、特開平１０−１３８０９７号公報、及び特開平１１−１３８３９２号公報に記載されているように、糸状の一条光線や水平面内で工具の径方向に帯状に拡がる光線を工具の先端で遮光させる光学式の非接触センサを用いた非接触式の工具先端位置検出方法が利用されている。
【０００４】
これらの方法では、スタイラスの基準位置や光学式の非接触センサの光線の基準位置が予め定められているので、スタイラスまたは光学式の非接触センサが工具の先端を検出したときの主軸のＺ軸位置と、既知であるスタイラスまたは光学式の非接触センサの基準位置とから工具先端位置や工具長が求められる。また、スタイラスまたは光学式の非接触センサが工具の先端を検出したときの主軸のＺ軸位置と、既知のマスタ工具において同様に検出された主軸のＺ軸位置との差から、工具先端位置や工具長オフセット量が求められる。なお、非接触式の工具先端位置検出方法には特開平８−２２９７７６号公報に記載されているように静電容量式変位測定器を使用するものもある。
【０００５】
さらに、工具の使用により加工作用部、すなわち切刃部に異物が付着したり、欠損が発生したりすると、ワークを所望の形状に加工することができないばかりか、工具やワークを破損させることがある。そこで、ワークの加工前に、工作機械の外部で拡大投影機や顕微鏡を用いて工具を肉眼で検査し、または専用の形状測定装置を用いて工具の形状を測定して、工具の破損、欠損、異物付着等の異常を検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、工作機械で使用される工具の先端部の形状は、エンドミルのように平坦なものや、ドリルのように円錐形状のものなど様々な形状のものがある。一方、接触式の工具先端位置検出方法を行う場合、スタイラスが実際に信号を発するためには、工具を接触させてからさらに所定距離押し込まなくてはならない。従って工具先端が円錐形状である場合、スタイラスの先端が下方に旋回して円錐形状の側面に接触するようになり、信号を発する位置は工具の先端部の形状や寸法の影響を受ける。
【０００７】
また、非接触式の工具先端位置検出方法を行う場合、光線には所定の幅があることから、光線の幅よりも小さい工具の先端部を検出することができず、同様に、ボールエンドミルやドリル等の工具の先端部の形状や寸法の影響を受ける。従って工具の先端部の形状又は寸法を考慮しなくては、工具の刃先位置を正確に検出することはできない。
【０００８】
さらに、工具の破損、欠損、異物付着といった工具の異常の検出においては、肉眼では作業者の熟練に依存する問題や検出に長時間を要する問題が存在しており、工作機械の外部の専用の形状測定装置を使用した検出では、主軸に装着した状態の工具の検出を行うことができないという問題がある。
【０００９】
また、工具には形状や寸法の異なる様々な種類のものが存在するが、所望される種類の工具と異なる種類の工具が主軸に装着されていると、ワークを所望の形状に加工することができない。従って自動工具交換装置の工具マガジンの各収納位置に使用するべき工具、すなわち正しい種類の工具が収納されているか、または使用するべき工具が主軸に装着されているかを事前に確認する必要がある。
【００１０】
しかし、一般には、作業者が手作業で工具マガジンの各工具収納位置に所定の種類の工具を配置し、制御装置に各工具収納位置に収納された工具種類を登録しており、作業者が工具収納位置に誤った種類の工具を配置したり、登録を誤ったりする可能性があった。また、こうした人的ミスの発生を回避するために、工具にバーコード等を付与し、専用読取装置でバーコード等を読み取ることにより工具種類を確認する方法もあるが、高価な専用読取装置が必要となり、付加的費用を発生させてしまうという問題がある。
【００１１】
また、非接触式の工具先端位置検出方法を行う場合、光線を遮光したときの主軸のＺ軸位置と光学式の非接触センサの光線の基準位置とから工具先端位置を求め、既知長の工具で較正することにより補正量を求め、求めた工具先端位置を補正するようにしている。この場合、光線を遮光したときには、光線の回折、すなわち光線が障害物の端を通過するときに、その後方の影の部分に回り込み侵入する現象が原理的に発生するが、上記の方法では、光線の回折による測定誤差を含んだ状態での工具の刃先位置しか求めることができず、正確な工具の刃先位置を得ることができない。
【００１２】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、主軸に装着した工具の正確な刃先位置や工具長を求め、所望の加工を高精度に行うことができる工具測定方法、及び工具測定機能を備えた工作機械を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、光線の回折による誤差を考慮して、主軸に装着した工具の正確な刃先位置を求め、所望の加工を高精度に行うことができる工具測定方法、及び工具測定機能を備えた工作機械を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、工作機械の主軸に装着した工具を光学式の非接触センサにより測定する工具測定方法であって、光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる前記光学式の非接触センサを前記主軸に対して相対移動可能な前記工作機械の構成部材に設け、前記主軸と前記構成部材とを相対移動させ、前記主軸に装着した工具を前記光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、前記光線の遮光位置を検出するステップと、前記光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置において、検出した前記光線の遮光位置と前記あらかじめ設定した基準位置とから前記主軸に装着した工具の長さ方向または径方向の刃先位置を求めるステップと、各位置間の距離、及び求めた前記各位置における前記主軸に装着した工具の刃先位置の差に基づいて、前記光線の回折による補正量を求めるステップと、求めた前記主軸に装着した工具の刃先位置を前記補正量により補正するステップとを含む工具測定方法が提供される。
【００３０】
さらに本発明によれば、主軸に装着した工具とテーブルに載置したワークとを相対移動させて前記ワークを加工する工作機械において、前記主軸に装着した工具を、前記テーブルに設けられ光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、前記光線の遮光位置を検出する遮光位置検出手段と、前記光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置において、前記遮光位置検出手段で検出した前記光線の遮光位置と前記あらかじめ設定した基準位置とから前記主軸に装着した工具の長さ方向または径方向の刃先位置を求める工具刃先位置演算手段と、前記各位置間の距離及び前記工具刃先位置演算手段で求めた前記各位置における前記主軸に装着した工具の刃先位置の差に基づいて、前記光線の回折による補正量を求める工具補正量演算手段と、前記工具刃先位置演算手段で求めた前記主軸に装着した工具の刃先位置を前記工具補正量演算手段で求めた補正量により補正する工具補正手段とを具備する工具測定機能を備えた工作機械が提供される。
【００４１】
光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる光学式の非接触センサを工作機械上に設け、主軸に装着した工具を光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、光線の遮光位置を検出し、検出した光線の遮光位置とあらかじめ設定した基準位置とに基づいて主軸に装着した工具の刃先位置や工具長を求めるようにしている。
【００４２】
上記した方法で使用する非接触センサは、帯状の光線を投光する投光部と帯状の光線を受光する受光部とが対向配置されて成り、帯状の光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる非接触センサであることが好ましい。
【００４３】
また、光線の遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元座標における複数の遮光位置データとして検出できる光学式の非接触センサを工作機械上に設け、主軸に装着した工具を光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、２次元の遮光位置データを検出し、検出した２次元の遮光位置データに基づいて工具の最突出位置を求め、工具の最突出位置とあらかじめ設定した基準位置とに基づいて主軸に装着した工具の刃先位置や工具長を求めるようにしている。
【００４４】
よって、光学式の非接触センサという比較的安価な手段を工作機械に付加するだけで、工作機械に既存の機能を用いて比較的簡単な方法で、主軸に装着した工具の正確な刃先位置や工具長を得ることができる。
【００４９】
光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置で主軸に装着した工具の刃先位置を求め、各位置間の距離、及び求めた各位置における主軸に装着した工具の刃先位置の差に基づいて、光線の回折による補正量を求め、求めた主軸に装着した工具の刃先位置を補正量により補正するようにしている。よって、光線の回折による誤差を考慮して、主軸に装着した工具の正確な刃先位置を求めることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明の実施形態を説明する前に、図２及び図３を参照して、特許請求の範囲における、あらかじめ設定した基準位置、光線の遮光位置、工作機械の座標位置、工具の長さ方向または径方向の刃先位置、工具長について定義しておく。
【００５１】
あらかじめ設定した基準位置とは、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに変位量ΔＺを求める基準となる光学式の非接触センサ１３の基準位置を指し、投光部１３ｂから受光部１３ｃに向けて照射される光線１３ａの検出範囲内にあらかじめ任意に設定される（図２及び図３のＯｓ）。
【００５２】
光線の遮光位置とは、工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに生じる変位量ΔＺだけ上方または下方の位置を指す。
【００５３】
工作機械の座標位置とは、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに変位量ΔＺが生じたときのＮＣ工作機械１のＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の機械座標系の位置を指す（図２におけるＭｚ）。
【００５４】
工具の長さ方向の刃先位置とは、主軸３に工具Ｔを装着したときゲージラインと呼ばれる主軸３の基準位置から最も離れた工具Ｔの刃先位置を指す（図２におけるＴｓ１）。また、工具の径方向の刃先位置とは、主軸３に工具Ｔを装着したとき主軸３の回転軸線から最も離れた工具Ｔの刃先位置を指す（図３におけるＴｓ２）。
【００５５】
工具長とは、ゲージラインと呼ばれる主軸３の基準位置と工具Ｔの長さ方向の刃先位置との距離を指す（図２におけるＬ）。
【００５６】
図２に示すように、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸が機械座標系の基準位置にあるとき、主軸３の基準位置をＯｍとする。あらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置をＯｓとする。主軸３に既知長のマスタ工具を装着して、マスタ工具の先端部をあらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓに移動すると、マスタ工具は既知長であるから、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍに対する光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚ軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈが求められる。
【００５７】
そして、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の基準位置ＯｍからΔＺだけ上方で光線１３ａを遮光したとすると、工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１は、Ｔｓ１＝Ｈ−ΔＺで求められる。また、工具Ｔにより光線１３ａを遮光したときのＮＣ工作機械１の機械座標系のＺ軸位置をＭｚとすると、工具長Ｌは、Ｌ＝Ｈ−Ｍｚ−ΔＺで求められる。
【００５８】
主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置を求める場合は、図３に示すように、光線１３ａの変位量検出方向と工具Ｔの軸線とが垂直になるよう光学式の非接触センサ１３を配置する。
【００５９】
図３に示すように、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸が機械座標系の基準位置にあるとき、主軸３の基準位置をＯｍとする。あらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置をＯｓとする。上述のようにして、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍに対する光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚ軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを求める。
【００６０】
そして、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の基準位置ＯｍからΔＺだけ光線１３ａを遮光したとすると、工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２は、Ｔｓ２＝Ｈ−ΔＺで求められる。
【００６１】
図１を参照して、本発明による工具測定機能を備えたＮＣ工作機械１の要部構成を説明する。
【００６２】
ＮＣ工作機械１は、主軸３を回転支持する主軸頭５と、ワーク（図示せず）を載置するテーブル７とを備え、ＮＣ装置９からの移動指令に基づいて、Ｘ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚにより、主軸３とテーブル７とをＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向に相対移動可能に構成されている。主軸３には工具Ｔが装着され、工具Ｔを回転させながら主軸３とテーブル７とを相対移動させることにより工具ＴとワークとをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に相対移動させて、ワークを所望形状に加工する。Ｘ、Ｙ軸は主軸３の回転軸線と垂直な平面内の直交する２つの方向を指し、Ｚ軸は主軸３の回転軸線と平行な軸方向を指す。Ｘ、Ｙ、Ｚの送り軸の構成はこれに限定されるものではない。
【００６３】
ＮＣ装置９は、加工プログラムや測定プログラム等の各種プログラムが入力、格納され、各種プログラムを解析し、解析したプログラムに従って逐次移動指令を生成し、生成した移動指令に従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動する。測定プログラムは、ＮＣ工作機械１の主軸３に装着した工具Ｔの正確な刃先位置及び工具長を求めるのに際して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させるよう生成される。
【００６４】
また、ＮＣ工作機械１は、任意の瞬間のＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の座標位置を読み取る位置読取手段１１が設けられている。図１の実施形態では、位置読取手段１１として、デジタルスケールを使用しているが、Ｘ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚにそれぞれ取り付けられたエンコーダ等の手段（図示せず）を使用することも可能である。図１には、Ｚ軸の位置読取手段１１のみが示されている。
【００６５】
さらに、ＮＣ工作機械１は、テーブル７上の加工の妨げとならない位置に、光学式の非接触センサ１３が設けられており、工具Ｔの長さ方向または径方向の刃先位置や工具長を求める必要性が生じたときに、主軸３とテーブル７とを相対移動させて、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる。
【００６６】
図１に示されている光学式の非接触センサ１３は、光線１３ａの変位量検出方向と工具Ｔの回転軸線とが水平になるよう主軸３に対して相対移動可能なテーブル７に設けられている。工具Ｔの径方向の刃先位置を求める場合は、光線１３ａの変位量検出方向と工具Ｔの軸線とが垂直になるよう主軸３に対して相対移動可能なテーブル７に設けられる。
【００６７】
光学式の非接触センサ１３は、光線１３ａを発する投光部１３ｂと、主軸３の回転軸線方向に互いに直列に配置された複数の受光素子を有し、投光部１３ｂと対向配置されている受光部１３ｃとを備え、投光部１３ｂと受光部１３ｃとの間には、主軸３の回転軸線に水平方向に帯状に広がる検出範囲が形成されている。工具Ｔの長さ方向または径方向の刃先位置や工具長を求める際には、投光部１３ｂと受光部１３ｃとが工具Ｔの回転軸線に対して互いに反対側に配置され、検出範囲が工具Ｔの回転軸線を含む平面に沿って投光部１３ｂと受光部１３ｃとの間に形成されるように、工具Ｔが配置される。そして、光線１３ａが工具Ｔによって遮光された検出範囲を受光部１３ｃで特定することにより、あらかじめ設定した基準位置に対する光線１３ａの遮光位置を検出する。
【００６８】
光学式の非接触センサ１３の検出範囲に直線状に配置された複数の受光素子のそれぞれについて、投光部１３ｂから発せられる光線１３ａを受光しているか否かに関する受光情報を収集し、各受光素子の受光情報をその位置と対応させることにより、あらかじめ設定した基準位置に対する光線１３ａの遮光位置を検出できる。
【００６９】
光学式の非接触センサ１３の投光部１３ｂは、帯状の検出範囲を有していれば任意の構造をとることができる。例えば投光部１３ｂの１つの光源から帯状の光線１３ａを発することにより帯状の検出範囲を形成してもよく、投光部１３ｂにおいて工具Ｔの回転軸線方向に併設された複数の光源からそれぞれ糸状の一条光線を発することにより帯状の検出範囲を形成してもよい。
【００７０】
光学式の非接触センサ１３は、工具Ｔの回転軸線を含む平面に沿って広がる帯状の検出範囲を有しているので、あらかじめ定められた位置に配置された主軸３に装着した工具Ｔの長さが変化しても、工具Ｔの先端部を検出できる。従って主軸３をあらかじめ定められた位置に配置したときに、工具Ｔの形状の差や欠損等による工具Ｔの長さの変化を検出範囲における工具Ｔの刃先位置の変化として認識することが可能である。
【００７１】
図１に示すように、帯状の検出範囲を有し、光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる光学式の非接触センサ１３でなく、別の構造の光学式の非接触センサを採用してもよい。例えば光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出できる光学式の非接触センサ、すなわちマトリックス状に光線１３ａを投光部１３ｂから受光部１３ｃに向けて照射する光学式の非接触センサであってもよい。
【００７２】
ＮＣ工作機械１は、主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１または径方向の刃先位置Ｔｓ２や工具長Ｌを演算する手段を具備している。上記手段は、遮光位置検出手段１５、工具最突出位置演算手段１７、工具刃先位置演算手段１９、基準位置記憶手段２１、機械座標位置検出手段２３、工具長演算手段２５、工具補正量演算手段２７、工具補正手段２９、遮光位置記憶手段３１、機械座標位置記憶手段３３、工具輪郭形状認識手段３５、工具輪郭形状記憶手段３７、工具異常検出手段３９、工具判定手段４１で成る。
【００７３】
基準位置記憶手段２１は、光学式の非接触センサ１３の投光部１３ｂから照射される光線１３ａの検出範囲内の上方または下方にあらかじめ任意に設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓを記憶する。このとき、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを求め、基準位置入力手段（図示せず）により基準位置記憶手段２１に入力すればよい。
【００７４】
遮光位置検出手段１５は、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺを検出する。
【００７５】
工具刃先位置演算手段１９は、遮光位置検出手段１５で検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１（図２参照）または径方向の刃先位置Ｔｓ２（図３参照）を求める。
【００７６】
機械座標位置検出手段２３は、遮光位置検出手段１５で工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの遮光位置を検出したときに、ＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚを検出する。
【００７７】
ＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚは、ＮＣ工作機械１のＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の機械座標系の位置を指し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸にそれぞれ設けられた位置読取手段１１で、任意の瞬間のＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の現在位置を読み取ることにより検出すればよい。また、ＮＣ装置９からＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚにそれぞれ指令されるＮＣ指令値を読み取り検出するようにしてもよい。また、ＮＣ指令値にＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の位置偏差を加味した位置を検出するようにしてもよい。
【００７８】
光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出する光学式の非接触センサ１３を使用する場合は、工具最突出位置演算手段１７は、遮光位置検出手段１５で検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺの最大値ΔＺmaxまたは最小値Δzminに基づいて工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺminを求める（図５及び図６参照）。
【００７９】
工具刃先位置演算手段１９は、工具最突出位置演算手段１７で求めた工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺminと基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚ軸の各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１（図２参照）または径方向の刃先位置Ｔｓ２（図３参照）を求める。
【００８０】
工具長演算手段２５は、工具最突出位置演算手段１７で求めた工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺmin、機械座標位置検出手段２３で検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚ、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚ軸の各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌを求める（図２参照）。
【００８１】
光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出する光学式の非接触センサを使用する場合は、工具最突出位置演算手段１７は、遮光位置検出手段１５で検出した２次元の遮光位置データの基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍに対する工具Ｔの軸線方向の光線１３ａの遮光位置ΔＺの最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminに基づいて工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺminを求める。
【００８２】
工具刃先位置演算手段１９は、工具最突出位置演算手段１７で求めた工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺminと基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１（図２参照）または径方向の刃先位置Ｔｓ２（図３参照）を求める。
【００８３】
工具長演算手段２５は、工具最突出位置演算手段１７で求めた工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺmin、機械座標位置検出手段３３で検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚ、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌ（図２参照）を求める。
【００８４】
工具補正量演算手段２７は、工具Ｔの先端部の輪郭形状に応じてあらかじめ定めた補正テーブルから補正量を求めるまたは演算により補正量を求める、すなわち主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１の工具Ｔの先端部の輪郭形状に応じた補正量を求める。
【００８５】
工具補正手段２９は、工具刃先位置演算手段１９で求めた主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を、工具補正量演算手段２７で求めた補正量により補正するようＮＣ装置１９に指令する。このとき、補正後の工具長ＬをＮＣ装置９の工具オフセットメモリに記憶するのが望ましい。
【００８６】
遮光位置記憶手段３１は、遮光位置検出手段１５で検出した基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺを記憶する。
【００８７】
機械座標位置記憶手段３３は、遮光位置検出手段１５で工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの遮光位置を検出したときに、機械座標位置検出手段２３で検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚを記憶する。
【００８８】
光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出する光学式の非接触センサ１３を使用する場合は、工具輪郭形状認識手段３５は、遮光位置記憶手段３１で記憶した光線１３ａの遮光位置ΔＺ及び機械座標位置記憶手段３３で記憶したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識する。このとき、主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置近傍の光学式の非接触センサ１３の光線幅の範囲内のデータに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識するようにしてもよい。
【００８９】
光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出する光学式の非接触センサを使用する場合は、工具輪郭形状認識手段３５は、遮光位置検出手段１５で検出したあらかじめ設定した基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈからの２次元の遮光位置データに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識する。このとき、主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置近傍の光学式の非接触センサ１３の光線幅の範囲のデータに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識するようにしてもよい。
【００９０】
工具輪郭形状認識手段３５は、工具輪郭形状記憶手段３７で記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データにより当該工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識することもできる。あらかじめ与えられた工具Ｔの先端部の輪郭形状データを入力する工具輪郭形状入力手段（図示せず）を設け、入力した工具Ｔの先端部の輪郭形状データを工具輪郭形状記憶手段３７に記憶するようにしてもよい。
【００９１】
工具異常検出手段３９は、工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔの破損、欠損、異物付着等の異常を検出する。
【００９２】
工具判定手段４１は、工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔが加工に使用するべき工具Ｔが否かを判定する。
【００９３】
光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの回折による誤差を考慮して、主軸３に装着した工具Ｔの正確な長さ方向の刃先位置を求める場合は、工具刃先位置演算手段１９は、光学式の非接触センサ１３の光軸上の少なくとも２つの位置で主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置を求める。工具補正量演算手段２７は、各測定位置間の距離及び工具刃先位置演算手段１９で求めた各位置における主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置の差に基づいて、光線１３ａの回折による補正量を求める。工具補正手段２９は、工具刃先位置演算手段１９で求めた主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置を工具補正量演算手段２７で求めた補正量により補正する。
【００９４】
図３を参照して、本発明の第１の実施形態の工具測定方法を説明する。
まず、ＮＣ工作機械１の主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を求める場合について説明する。
【００９５】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ及びＹ軸送りモータＭｙを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の上方に移動させ、測定開始位置に位置決めする（ステップＳ１）。
【００９６】
主軸３に装着した工具Ｔを下方へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる（ステップＳ２）。工具Ｔにより非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺ、すなわち基準位置Ｏｍからの変位量ΔＺを遮光位置検出手段１５により検出する（ステップＳ３）。
【００９７】
基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを読み込む（ステップＳ４）。光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍは、投光部１３ｂから照射される光線１３ａの上方または下方にあらかじめ任意に設定し、基準位置記憶手段２１に記憶しておく。
【００９８】
主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の上方に移動させる動作と主軸３に装着した工具Ｔを下方へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる動作とを同時に行わせるようにしてもよい。要は、非接触センサ１３の光線１３ａを主軸３に装着した工具Ｔで上方から遮光できればよい。
【００９９】
光学式の非接触センサ１３は、工具Ｔの回転軸線を含む平面に沿って広がる帯状の検出範囲を有し、光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できるものが望ましい。
【０１００】
遮光位置検出手段１５で検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具刃先位置演算手段１９で主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１をＴｓ１＝Ｈ−ΔＺにより求める（ステップＳ５）。
【０１０１】
主軸３に装着した工具Ｔを使用する回転速度で回転させ、光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に向けて移動して光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺを検出するようにすれば、主軸３に装着した工具Ｔの実際の使用条件下における工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を求めることができる。もちろん、主軸３に装着した工具Ｔを回転させずに、光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺを検出してもよいことは言うまでもない。
【０１０２】
主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２を求める場合は、図３に示すように、光線１３ａの変位量検出方向と工具Ｔの軸線とが垂直になるよう光学式の非接触センサ１３を配置する。
【０１０３】
Ｘ軸送りモータＭｘまたはＹ軸送りモータＭｙを駆動して、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺ、すなわち基準位置Ｏｓからの変位量ΔＺを遮光位置検出手段１５により検出する。
【０１０４】
そして、遮光位置検出手段１５で検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具刃先位置演算手段１９で主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２をＴｓ２＝Ｈ−ΔＺにより求める。
【０１０５】
また、主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌを求める場合には、遮光位置検出手段１５で光線１３ａの遮光位置を検出したときに、機械座標位置検出手段２３によりＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚを検出する（ステップＳ６）。
【０１０６】
遮光位置検出手段１５により検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと、機械座標位置検出手段２３により検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚと、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具長演算手段２５で主軸３に装着した工具Ｔの工具長ＬをＬ＝Ｈ−Ｍｚ−ΔＺにより求める（ステップＳ７）。求めた工具長ＬはＮＣ装置９に送出され、工具オフセットメモリに記憶される。
【０１０７】
図５、図６、図７を参照して、本発明の第２の実施形態の工具測定方法を説明する。
第１の実施形態の工具測定方法は、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に上方から移動させるものであるが、第２の実施形態の工具測定方法は、図５，６に示すように、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内を垂直に横切るように移動させて、遮光位置検出手段１５により基準位置Ｏｓからの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminまたは最大値ΔＺmaxを検出し、工具Ｔの最突出位置とするものである。
【０１０８】
このとき、図６に示すように、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内を横切ったときに、遮光位置検出手段１５により基準位置Ｏｓからの遮光位置ΔＺをΔＺ1、ΔＺ2、…、ΔＺnのように逐次検出し、そのうちの最小値ΔＺminまたは最大値ΔＺmaxを読み取るようにすればよい。また、遮光位置検出手段１５により遮光位置ΔＺ1、ΔＺ2、…ΔＺnを検出したときの工作機械の座標位置Ｍｚは測定開始時のＺ軸位置として検出され、機械座標位置記憶手段３３に記憶される。
【０１０９】
ここで、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminに基づいて工具Ｔの最突出位置を求めるのは、あらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓが光線１３ａのどの位置にあるか、すなわち光学式の非接触センサ１３の検出範囲内の上方にあるか下方にあるかにより、遮光位置検出手段１５により検出される光線１３ａの遮光位置ΔＺが最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminを採るためである。
【０１１０】
以下、図７を参照して、光線１３ａの遮光位置ΔＺが最小値ΔＺminを取る場合について説明する。
【０１１１】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の側方に移動させ、測定開始位置に位置決めする（ステップＳ１０１）。このときのＺ軸位置が工作機械の座標位置Ｍｚとなる。
【０１１２】
Ｘ軸送りモータＭｘまたはＹ軸送りモータＭｙを駆動して主軸３に装着した工具Ｔを水平方向へ移動させ、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの検出範囲内を横切らせる（ステップＳ１０２）。このとき、光学式の非接触センサ１３の帯状の検出範囲内を横断するように、検出範囲のなす面に対して直角方向に工具ＴをＸ、Ｙ軸方向に微少量ずつ移動させる。
【０１１３】
工具Ｔにより非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに、光学式の非接触センサ１３のあらかじめ設定した基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺ、すなわちあらかじめ設定した基準位置Ｏｓからの変位量ΔＺを遮光位置検出手段１５により検出する（ステップＳ１０３）。
【０１１４】
主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の側方に移動させる動作と主軸３に装着した工具Ｔを水平方向へ移動させ光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの検出範囲内を横切らせる動作とを同時に行わせるようにしてもよい。要は、非接触センサ１３の光線１３ａを主軸３に装着した工具Ｔで横切って遮光できればよい。
【０１１５】
工具最突出位置演算手段１７は、遮光位置検出手段１５により今回検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと前回検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺとを比較し（ステップＳ１０４）、今回検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺの方が小さい場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、その遮光位置ΔＺを最小値ΔＺmin、すなわち工具Ｔの最突出位置として求め、遮光位置記憶手段３１記憶する（ステップＳ１０５）。今回検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺの方が大きい場合（ステップＳ１０４のＮＯ）、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminが検出されていないとして、光線１３ａの検出範囲内に対する工具Ｔの横切り動作が完了しているかどうか判断する（ステップＳ１０６）。横切り動作が完了していない場合（ステップＳ１０６）、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminが見つかるよう光線１３ａの遮光位置ΔＺの検出を繰り返す。
【０１１６】
横切り動作が完了し、工具最突出位置演算手段１７が、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminを求め、工具Ｔの最突出位置として遮光位置記憶手段３１に記憶した場合（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、遮光位置記憶手段３１から光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺmin、すなわち工具Ｔの最突出位置を読み取る（ステップＳ１０７）。
【０１１７】
基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを読み込む（ステップＳ１０８）。
【０１１８】
工具最突出位置演算手段１７により求めた工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminと、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具刃先位置演算手段１９で主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１をＴｓ１＝Ｈ−ΔＺminにより求める（ステップＳ１０９）。
【０１１９】
なお、第２の実施形態において、主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２を求める方法は、第１の実施形態と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【０１２０】
また、主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌを求める場合には、測定開始時のＺ軸位置をＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚとして検出する（ステップＳ１１０）。
【０１２１】
工具最突出位置演算手段１７により求めた工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminと、機械座標位置検出手段２３により検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚ、あらかじめ設定した基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具長演算手段２５で主軸３に装着した工具Ｔの工具長ＬをＬ＝Ｈ−Ｍｚ−ΔＺminにより求める（ステップＳ１１１）。
【０１２２】
図８，図９、図１０を参照して、本発明の第３の実施形態の工具測定方法を説明する。
第３の実施形態の工具測定方法では、光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出する光学式の非接触センサを使用する。
【０１２３】
図８、図９に示すように、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動したときに、遮光位置検出手段１５により基準位置Ｏｓからの遮光位置ΔＺをΔＺ1、ΔＺ2、ΔＺ３、…、ΔＺnのように検出し、そのうちの最小値ΔＺminまたは最大値ΔＺmaxを読み取るようにすればよい。また、遮光位置検出手段１５により遮光位置ΔＺ1、ΔＺ2、ΔＺ３、…ΔＺnを検出したときの工作機械の座標位置Ｍｚは検出範囲内に移動したときのＺ軸位置として検出され、機械座標位置記憶手段３３に記憶される。
【０１２４】
ここで、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminに基づいて工具Ｔの最突出位置を求めるのは、あらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓが光線１３ａのどの位置にあるか、すなわち光学式の非接触センサ１３の検出範囲内の上方にあるか下方にあるかにより、遮光位置検出手段１５により検出される光線１３ａの遮光位置ΔＺが最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminを採るためである。
【０１２５】
以下、図１０を参照して、光線１３ａの遮光位置ΔＺが最小値ΔＺminを取る場合について説明する。
【０１２６】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の上方または側方に移動させる（ステップＳ２０１）。
【０１２７】
ここで、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の上方に移動させる動作と主軸３に装着した工具Ｔを下方へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる動作とを同時に行わせるようにしてもよい。また、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の側方に移動させる動作と主軸３に装着した工具Ｔを水平方向へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる動作とを同時に行わせるようにしてもよい。
【０１２８】
主軸３に装着した工具Ｔを下方または水平方向へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ（ステップＳ２０２）、工具Ｔにより光線１３ａを遮光したときに、遮光位置検出手段１５により２次元の遮光位置データＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎを検出し、工具最突出位置演算手段１７に読み込み、記憶する（ステップＳ２０３）。
【０１２９】
工具最突出位置演算手段１７は、記憶した２次元の遮光位置データＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎから、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓに対する工具Ｔの軸線方向の光線１３ａの遮光位置ΔＺに基づいて工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminを求める（ステップＳ２０４）。
【０１３０】
基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを読み込む（ステップＳ２０５）。
【０１３１】
工具最突出位置演算手段１７により求めた工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminと、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具刃先位置演算手段１９で主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１をＴｓ１＝Ｈ−ΔＺminにより求める（ステップＳ２０６）。
【０１３２】
なお、第３の実施形態において、主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２を求めるようにしてもよい。
【０１３３】
また、主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌを求める場合には、測定開始時のＺ軸位置をＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚとして検出する（ステップＳ２０７）。
【０１３４】
工具最突出位置演算手段１７により求めた工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminと、機械座標位置検出手段２３により検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚ、あらかじめ設定した基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具長演算手段２５で主軸３に装着した工具Ｔの工具長ＬをＬ＝Ｈ−Ｍｚ−ΔＺminにより求める（ステップＳ２０８）。
【０１３５】
ところで、遮光位置検出手段１５により検出された光学式の非接触センサ１３のあらかじめ設定した基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺ、すなわち基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓからの変位量ΔＺは、従来の技術で述べたように、ボールエンドミルやドリル等の工具種類や工具径等の工具Ｔの先端部の形状や寸法によりその検出結果に悪影響を及ぼしてしまう。
【０１３６】
そこで、工具種類や工具径等が工具Ｔの先端部の形状や寸法により特定されることに着目して、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺの検出とは別に、工具Ｔの先端部の形状または寸法を表すデータに基づいて工具刃先位置演算手段１９で求めた主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１と工具Ｔの実際の長さ方向の刃先位置とのずれ量を求め、主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を補正することが望ましい。
【０１３７】
図１１を参照して、本発明の第４実施形態として、工具Ｔの先端部の形状または寸法等の輪郭形状に基づいて、主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を補正する方法を説明する。
【０１３８】
前もって、工具Ｔの先端部の形状や寸法等の輪郭形状に応じてあらかじめ定めた補正値テーブルを用意して工具補正量演算手段２７に登録しておく。補正値テーブルは、あらかじめ各種工具Ｔの刃先位置及び補正量を実際に求めることにより、工具Ｔの種類や工具径等の輪郭形状に対応させて補正量を記憶すればよい。
【０１３９】
また、工具刃先位置演算手段１９により求めた工具Ｔの刃先位置と工具Ｔの実際の刃先位置とのずれ量、すなわち補正量をコンピュータ等を使用して演算することもできる。
【０１４０】
まず、主軸３に装着した工具Ｔの刃先部の輪郭形状を求める（ステップＳ３０１）。
光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出する光学式の非接触センサ１３を使用する場合は、例えば遮光位置検出手段１５で検出したあらかじめ設定した基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺをΔＺ1、ΔＺ2、…、ΔＺnのように逐次検出して、遮光位置記憶手段３１に記憶する。
【０１４１】
そして、遮光位置検出手段１５により遮光位置ΔＺ1、ΔＺ2、…ΔＺnを検出したときの機械座標位置検出手段２３で検出した工作機械の座標位置ＭｚをＰ1、Ｐ2、…、Ｐnのように逐次検出して、機械座標位置記憶手段３３に記憶する。
【０１４２】
遮光位置記憶手段３１で記憶した光線１３ａの遮光位置ΔＺ1、ΔＺ2、…ΔＺn及び機械座標位置記憶手段３３で記憶したＮＣ工作機械１の座標位置Ｐ1、Ｐ2、…、Ｐnに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を工具輪郭形状認識手段３５により認識すればよい。
【０１４３】
光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの検出範囲内を通過させることにより、工具Ｔの回転軸線を挟んで工具Ｔの一方の側から他方の側まで、その一方の側からの距離情報と共に工具Ｔの最下点の位置の情報を取得するので、工具Ｔの先端部の輪郭を求めるために必要なデータを取得したことになる。各位置において取得した位置に関する情報に基づいて、工具Ｔの先端部の輪郭形状を求める。
【０１４４】
このように、帯状の検出範囲を有した光学式の非接触センサ１３を用いて、工具Ｔを工具Ｔの回転軸線と垂直な方向に移動させていくことにより、工具Ｔの先端部の形状又は寸法を求めることができる。また、光学式の非接触センサ１３の帯状の検出範囲を工具Ｔの回転軸線と垂直に配置し、光学式の非接触センサ１３と工具ＴとをＺ軸方向にのみ移動させるようにしてもよい。
【０１４５】
図１２に示すように、主軸３に装着した工具Ｔの先端部の全体的な輪郭形状を認識するのではなく、主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置近傍の光学式の非接触センサ１３の光線幅の範囲内のデータに基づいて、主軸３に装着した工具Ｔの先端部の部分的な輪郭形状を工具輪郭形状認識手段３５により認識するようにしてもよい。
【０１４６】
また、光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出する光学式の非接触センサを使用する場合は、遮光位置検出手段１５で検出した基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓからの２次元の遮光位置データＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を工具輪郭形状認識手段３５により認識すればよい。この場合は、工具Ｔを光線１３ａの検出範囲に移動するだけで、工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識するデータが得られる。
【０１４７】
さらに、あらかじめ与えられた工具Ｔの先端部の輪郭形状データを工具輪郭形状記憶手段３７に記憶しておき、工具輪郭形状記憶手段３７で記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データにより当該工具Ｔの先端部の輪郭形状を工具輪郭形状認識手段３５により認識することもできる。
【０１４８】
上述のいずれかの方法で、主軸３装着した工具Ｔの先端部の輪郭形状を求め、その輪郭形状に対応する補正量を工具補正量演算手段２７の補正テーブルから求める、または演算により求める（ステップＳ３０２）。
【０１４９】
工具補正手段２９により工具刃先位置演算手段１９により求めた主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を補正する（ステップＳ３０３）。このとき、補正量は工具補正手段２９からＮＣ装置９に送出される。このようにすれば正確な工具Ｔの長さ方向の刃先位置を得ることができる。
【０１５０】
工具Ｔの実際の刃先位置を求めるために認識された工具Ｔの先端部の形状または寸法等の輪郭形状データは、他の用途に利用することができる。
【０１５１】
例えば工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔが加工に使用するべき工具Ｔが否かを判定することができる。また、工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔの破損、欠損、異物付着等の異常を検出することができる。
【０１５２】
図１３を参照して、上記内容を具体的に、本発明の第５実施形態の工具測定方法として説明する。
【０１５３】
図１１のステップＳ３０１と同様にして、工具輪郭形状認識手段３５により主軸３に装着した工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識する（ステップＳ４０１）。
【０１５４】
工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データ、すなわち工具Ｔの先端部の寸法や形状を読み込む（ステップＳ４０２）。
【０１５５】
工具判定手段４１により、工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較し（ステップＳ４０３）、主軸３に装着した工具Ｔが加工に使用するべき工具Ｔか否かを判定する（ステップＳ４０４）。両者が一致していなければ（ステップＳ４０４でＮＯ）、使用するべき工具Ｔではないとして、アラームを発するか判定する（ステップＳ４０５）。アラームを発する場合は（ステップＳ４０５のＹＥＳ）、ＮＣ装置９に加工停止指令を発する。そのときにアラーム表示するようにしてもよい。アラームを発しない場合は（ステップＳ４０５のＮＯ）、工具マガジンから加工に使用するべき工具Ｔをサーチして（ステップＳ４０６）、再度工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識する。
【０１５６】
工具判定手段４１により、主軸３に装着した工具Ｔが加工に使用するべき工具Ｔと判定した場合（ステップＳ４０４でＹＥＳ）には、工具異常検出手段３９により工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔの破損、欠損、異物付着等の異常を検出する（ステップＳ４０７）。
【０１５７】
両者が一致していれば（ステップＳ４０７でＮＯ）、工具Ｔは使用するべき工具Ｔであり、異常もないと判定され、加工が続行される。
【０１５８】
両者が一致せず、あらかじめ定められた許容範囲を越える差異が検出されると、主軸３に装着した工具Ｔに異常があると判定する（ステップＳ４０７のＹＥＳ）。工具Ｔのクリーニングの可否を判定し（ステップＳ４０８）、クリーニングが行われていなければ（ステップＳ４０８のＮＯ）、異物付着が考えられるとして、工具Ｔのクリーニング指令を発し（ステップＳ４０９）、クリーニング後に再度工具Ｔの先端部の輪郭形状の認識を行う。工具Ｔのクリーニングが行われていれば（ステップＳ４０８のＹＥＳ）、工具Ｔの欠損、またはクリーニング等で回復できない異常と判定され、ＮＣ装置９に予備工具交換指令を発する（ステップＳ４１０）。
【０１５９】
このようにして、工具Ｔを主軸に装着した状態で、工具Ｔの異常の検出や、指定された工具Ｔと主軸３に装着した工具Ｔとの一致、不一致の検出を行うことができる。
【０１６０】
ここでは、主軸３に装着した工具Ｔの異常検出や加工に使用するべき工具Ｔか否かの判定を行うものとして説明したが、工具マガジンの各収納位置に収納された工具Ｔがその位置に収納されているはずの工具Ｔ、すなわち使用するべき工具Ｔが各収納位置に収納されているか否か、工具マガジンの各収納位置に収納された工具Ｔの異常を検査することもできる。
【０１６１】
ここで、工具Ｔの異常を検出するのみで、工具Ｔが使用するべき工具Ｔか否かの判断を行う必要がなければ、省略することも可能である。もちろん工具Ｔの異常を検出することを省略することもできる。
【０１６２】
図１４に示すように、非接触式の工具先端位置検出方法を行う場合、光線１３ａを遮光したときには、光線１３ａの回折、すなわち光線１３ａが障害物である工具Ｔの先端部を通過するときに、工具Ｔの後方の影の部分に回り込み侵入する現象が原理的に発生する。この現象により、工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１に誤差が発生してしまう。
【０１６３】
図１４、図１５を参照して、非接触センサ１３の光線１３ａの回折による誤差を考慮して、主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を求める方法として、本発明の第６実施形態の工具測定方法について説明する。
【０１６４】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを非接触センサ１３の光軸上の受光部１３ｃから距離Ｄだけ離れた第１の位置Ｐ１の上方または側方に移動させる（ステップＳ５０１）。
【０１６５】
図４のステップＳ１〜ステップＳ５、図７のステップＳ１０１〜１０９のようにして、主軸３に装着した工具Ｔの第１の位置Ｐ１における長さ方向の刃先位置Ｔｓ１１を求める（ステップＳ５０２）。
【０１６６】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを非接触センサ１３の光軸上の第２の位置Ｐ２の上方または側方に移動させる（ステップＳ５０３）。
【０１６７】
図４のステップＳ１〜ステップＳ５、図７のステップＳ１０１〜１０９のようにして、主軸３に装着した工具Ｔの第２の位置Ｐ２における長さ方向の刃先位置Ｔｓ１２を求める（ステップＳ５０４）。
【０１６８】
第１の位置Ｐ１における主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１１と第２の位置Ｐ２における主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１２との差ΔＴｓを求める（ステップＳ５０５）。
【０１６９】
第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との距離ΔＤを求める（ステップＳ５０６）。
第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との距離ΔＤ、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２における主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置の差ΔＴｓに基づいて、非接触センサ１３の光線１３ａの回折角θを求め、光線１３ａの回折による主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置の補正量ＺｃをＺｃ＝Ｄ・ｔａｎθ＝Ｄ・ｔａｎ（ΔＴｓ／ΔＤ）により求める（ステップＳ５０７）。ステップＳ５０５〜ステップＳ５０７は工具補正量演算手段２７で行われる。
【０１７０】
工具補正手段２９により第１の位置Ｐ１における主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１１を補正量Ｚｃで補正することにより、主軸３に装着した工具Ｔの正確な長さ方向の刃先位置を得ることができる（ステップＳ５０８）。
【０１７１】
上記説明は、非接触センサ１３の検出範囲の２つの位置における工具Ｔの長さ方向の刃先位置に基づいて、非接触センサ１３の光線１３ａの回折による誤差を考慮した主軸３に装着した工具Ｔの正確な長さ方向の刃先位置を求めるようにしているが、非接触センサ１３の検出範囲の３つ以上の位置における工具Ｔの長さ方向の刃先位置に基づいて、主軸３に装着した工具Ｔの正確な長さ方向の刃先位置を求めることも可能である。
【０１７２】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる光学式の非接触センサを工作機械上に設け、主軸に装着した工具を光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、光線の遮光位置を検出し、あらかじめ設定した基準位置と検出した光線の遮光位置に基づいて主軸に装着した工具の先端位置を求めるようにしている。
【０１７４】
よって、光学式の非接触センサという比較的安価な手段を工作機械に付加するだけで、工作機械に既存の機能を用いて比較的簡単な方法で、主軸に装着した工具の正確な長さ方向または径方向の刃先位置や工具長を得ることができ、所望の加工を高精度に行うことができる。
【０１７７】
光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置で主軸に装着した工具の長さ方向の刃先位置を求め、各位置間の距離、及び求めた各位置における主軸に装着した工具の長さ方向の刃先位置の差に基づいて、光線の回折による補正量を求め、求めた主軸に装着した工具の長さ方向の刃先位置を補正量により補正するようにしている。よって、光学式の非接触センサによる工具測定の際に発生する光線の回折による誤差を考慮して、主軸に装着した工具の正確な長さ方向の刃先位置を求めることができ、ひいては所望の加工を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工具測定機能を備えたＮＣ工作機械の実施形態を示す要部構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の工具測定方法において、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、光線の遮光位置ΔＺ、工作機械の座標位置Ｍｚ、工具の長さ方向の刃先位置Ｔｓ１、工具長Ｌを示した模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態の工具測定方法において、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、光線の遮光位置ΔＺ、工具の径方向の刃先位置Ｔｓ２示した模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態の工具測定方法において、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、光線の遮光位置ΔＺ、工作機械の座標位置Ｍｚ、工具の長さ方向の刃先位置Ｔｓ１、工具長Ｌを示した模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態の工具測定方法の原理図である。
【図７】本発明の第２実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態の工具測定方法において、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、光線の遮光位置ΔＺ、工作機械の座標位置Ｍｚ、工具の長さ方向の刃先位置Ｔｓ１、工具長Ｌを示した模式図である。
【図９】本発明の第３実施形態の工具測定方法の原理図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第４実施形態の工具測定方法における工具先端形状の認識範囲を示す模式図である。
【図１３】本発明の第５実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第６実施形態の工具測定方法の原理図である。
【図１５】本発明の第６実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…ＮＣ工作機械
３…主軸
７…テーブル
９…ＮＣ装置
１３…光学式の非接触センサ
１５…遮光位置検出手段
１７…工具最突出位置演算手段
１９…工具刃先位置演算手段
２１…基準位置記憶手段
２３…機械座標位置検出手段
２５…工具長演算手段
２７…工具補正量演算手段
２９…工具補正手段
３１…遮光位置記憶手段
３３…機械座標位置記憶手段
３５…工具輪郭形状認識手段
３７…工具輪郭形状記憶手段
３９…工具異常検出手段
４１…工具判定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具測定方法、及び工具測定機能を備えた工作機械に関し、工作機械の主軸に装着した工具の正確な刃先位置や工具長を求める工具測定方法、及びその工具測定方法で求めた工具の正確な刃先位置や工具長に基づいて、所望される加工を精度良くかつ確実に行うことができる工具測定機能を備えた工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フライス盤やマシニングセンタ等の工作機械においては、主軸に装着した工具とテーブルに固定したワークとを相対移動させて所望の形状にワークを加工する。従って主軸に装着した工具の刃先位置や工具長は、ワークの加工精度に大きな影響を与える。
【０００３】
特にＮＣ工作機械では、ワークと工具との相対移動を指令することによりワークの加工が行われるので、工具種類や工具の摩耗による長さまたは径の変化によって主軸と工具の刃先との相対位置関係、すなわち工具の刃先位置や工具長が変化すると、所望される加工を正確に行うことができなくなる。そこで、主軸と工具の刃先との相対位置関係を把握するために、水平方向に延びるスタイラスに工具の先端を接触させる接触式の工具先端位置検出方法が利用されている。また、特開平９−３００１７８号公報、特開平１０−１３８０９７号公報、及び特開平１１−１３８３９２号公報に記載されているように、糸状の一条光線や水平面内で工具の径方向に帯状に拡がる光線を工具の先端で遮光させる光学式の非接触センサを用いた非接触式の工具先端位置検出方法が利用されている。
【０００４】
これらの方法では、スタイラスの基準位置や光学式の非接触センサの光線の基準位置が予め定められているので、スタイラスまたは光学式の非接触センサが工具の先端を検出したときの主軸のＺ軸位置と、既知であるスタイラスまたは光学式の非接触センサの基準位置とから工具先端位置や工具長が求められる。また、スタイラスまたは光学式の非接触センサが工具の先端を検出したときの主軸のＺ軸位置と、既知のマスタ工具において同様に検出された主軸のＺ軸位置との差から、工具先端位置や工具長オフセット量が求められる。なお、非接触式の工具先端位置検出方法には特開平８−２２９７７６号公報に記載されているように静電容量式変位測定器を使用するものもある。
【０００５】
さらに、工具の使用により加工作用部、すなわち切刃部に異物が付着したり、欠損が発生したりすると、ワークを所望の形状に加工することができないばかりか、工具やワークを破損させることがある。そこで、ワークの加工前に、工作機械の外部で拡大投影機や顕微鏡を用いて工具を肉眼で検査し、または専用の形状測定装置を用いて工具の形状を測定して、工具の破損、欠損、異物付着等の異常を検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、工作機械で使用される工具の先端部の形状は、エンドミルのように平坦なものや、ドリルのように円錐形状のものなど様々な形状のものがある。一方、接触式の工具先端位置検出方法を行う場合、スタイラスが実際に信号を発するためには、工具を接触させてからさらに所定距離押し込まなくてはならない。従って工具先端が円錐形状である場合、スタイラスの先端が下方に旋回して円錐形状の側面に接触するようになり、信号を発する位置は工具の先端部の形状や寸法の影響を受ける。
【０００７】
また、非接触式の工具先端位置検出方法を行う場合、光線には所定の幅があることから、光線の幅よりも小さい工具の先端部を検出することができず、同様に、ボールエンドミルやドリル等の工具の先端部の形状や寸法の影響を受ける。従って工具の先端部の形状又は寸法を考慮しなくては、工具の刃先位置を正確に検出することはできない。
【０００８】
さらに、工具の破損、欠損、異物付着といった工具の異常の検出においては、肉眼では作業者の熟練に依存する問題や検出に長時間を要する問題が存在しており、工作機械の外部の専用の形状測定装置を使用した検出では、主軸に装着した状態の工具の検出を行うことができないという問題がある。
【０００９】
また、工具には形状や寸法の異なる様々な種類のものが存在するが、所望される種類の工具と異なる種類の工具が主軸に装着されていると、ワークを所望の形状に加工することができない。従って自動工具交換装置の工具マガジンの各収納位置に使用するべき工具、すなわち正しい種類の工具が収納されているか、または使用するべき工具が主軸に装着されているかを事前に確認する必要がある。
【００１０】
しかし、一般には、作業者が手作業で工具マガジンの各工具収納位置に所定の種類の工具を配置し、制御装置に各工具収納位置に収納された工具種類を登録しており、作業者が工具収納位置に誤った種類の工具を配置したり、登録を誤ったりする可能性があった。また、こうした人的ミスの発生を回避するために、工具にバーコード等を付与し、専用読取装置でバーコード等を読み取ることにより工具種類を確認する方法もあるが、高価な専用読取装置が必要となり、付加的費用を発生させてしまうという問題がある。
【００１１】
また、非接触式の工具先端位置検出方法を行う場合、光線を遮光したときの主軸のＺ軸位置と光学式の非接触センサの光線の基準位置とから工具先端位置を求め、既知長の工具で較正することにより補正量を求め、求めた工具先端位置を補正するようにしている。この場合、光線を遮光したときには、光線の回折、すなわち光線が障害物の端を通過するときに、その後方の影の部分に回り込み侵入する現象が原理的に発生するが、上記の方法では、光線の回折による測定誤差を含んだ状態での工具の刃先位置しか求めることができず、正確な工具の刃先位置を得ることができない。
【００１２】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、主軸に装着した工具の正確な刃先位置や工具長を求め、所望の加工を高精度に行うことができる工具測定方法、及び工具測定機能を備えた工作機械を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、光線の回折による誤差を考慮して、主軸に装着した工具の正確な刃先位置を求め、所望の加工を高精度に行うことができる工具測定方法、及び工具測定機能を備えた工作機械を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、工作機械の主軸に装着した工具を光学式の非接触センサにより測定する工具測定方法であって、光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる前記光学式の非接触センサを前記主軸に対して相対移動可能な前記工作機械の構成部材に設け、前記主軸と前記構成部材とを相対移動させ、前記主軸に装着した工具を前記光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、前記光線の遮光位置を検出するステップと、前記光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置において、検出した前記光線の遮光位置と前記あらかじめ設定した基準位置とから前記主軸に装着した工具の長さ方向または径方向の刃先位置を求めるステップと、各位置間の距離、及び求めた前記各位置における前記主軸に装着した工具の刃先位置の差に基づいて、前記光線の回折による補正量を求めるステップと、求めた前記主軸に装着した工具の刃先位置を前記補正量により補正するステップとを含む工具測定方法が提供される。
【００３０】
さらに本発明によれば、主軸に装着した工具とテーブルに載置したワークとを相対移動させて前記ワークを加工する工作機械において、前記主軸に装着した工具を、前記テーブルに設けられ光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、前記光線の遮光位置を検出する遮光位置検出手段と、前記光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置において、前記遮光位置検出手段で検出した前記光線の遮光位置と前記あらかじめ設定した基準位置とから前記主軸に装着した工具の長さ方向または径方向の刃先位置を求める工具刃先位置演算手段と、前記各位置間の距離及び前記工具刃先位置演算手段で求めた前記各位置における前記主軸に装着した工具の刃先位置の差に基づいて、前記光線の回折による補正量を求める工具補正量演算手段と、前記工具刃先位置演算手段で求めた前記主軸に装着した工具の刃先位置を前記工具補正量演算手段で求めた補正量により補正する工具補正手段とを具備する工具測定機能を備えた工作機械が提供される。
【００４１】
光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる光学式の非接触センサを工作機械上に設け、主軸に装着した工具を光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、光線の遮光位置を検出し、検出した光線の遮光位置とあらかじめ設定した基準位置とに基づいて主軸に装着した工具の刃先位置や工具長を求めるようにしている。
【００４２】
上記した方法で使用する非接触センサは、帯状の光線を投光する投光部と帯状の光線を受光する受光部とが対向配置されて成り、帯状の光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる非接触センサであることが好ましい。
【００４３】
また、光線の遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元座標における複数の遮光位置データとして検出できる光学式の非接触センサを工作機械上に設け、主軸に装着した工具を光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、２次元の遮光位置データを検出し、検出した２次元の遮光位置データに基づいて工具の最突出位置を求め、工具の最突出位置とあらかじめ設定した基準位置とに基づいて主軸に装着した工具の刃先位置や工具長を求めるようにしている。
【００４４】
よって、光学式の非接触センサという比較的安価な手段を工作機械に付加するだけで、工作機械に既存の機能を用いて比較的簡単な方法で、主軸に装着した工具の正確な刃先位置や工具長を得ることができる。
【００４９】
光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置で主軸に装着した工具の刃先位置を求め、各位置間の距離、及び求めた各位置における主軸に装着した工具の刃先位置の差に基づいて、光線の回折による補正量を求め、求めた主軸に装着した工具の刃先位置を補正量により補正するようにしている。よって、光線の回折による誤差を考慮して、主軸に装着した工具の正確な刃先位置を求めることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明の実施形態を説明する前に、図２及び図３を参照して、特許請求の範囲における、あらかじめ設定した基準位置、光線の遮光位置、工作機械の座標位置、工具の長さ方向または径方向の刃先位置、工具長について定義しておく。
【００５１】
あらかじめ設定した基準位置とは、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに変位量ΔＺを求める基準となる光学式の非接触センサ１３の基準位置を指し、投光部１３ｂから受光部１３ｃに向けて照射される光線１３ａの検出範囲内にあらかじめ任意に設定される（図２及び図３のＯｓ）。
【００５２】
光線の遮光位置とは、工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに生じる変位量ΔＺだけ上方または下方の位置を指す。
【００５３】
工作機械の座標位置とは、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに変位量ΔＺが生じたときのＮＣ工作機械１のＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の機械座標系の位置を指す（図２におけるＭｚ）。
【００５４】
工具の長さ方向の刃先位置とは、主軸３に工具Ｔを装着したときゲージラインと呼ばれる主軸３の基準位置から最も離れた工具Ｔの刃先位置を指す（図２におけるＴｓ１）。また、工具の径方向の刃先位置とは、主軸３に工具Ｔを装着したとき主軸３の回転軸線から最も離れた工具Ｔの刃先位置を指す（図３におけるＴｓ２）。
【００５５】
工具長とは、ゲージラインと呼ばれる主軸３の基準位置と工具Ｔの長さ方向の刃先位置との距離を指す（図２におけるＬ）。
【００５６】
図２に示すように、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸が機械座標系の基準位置にあるとき、主軸３の基準位置をＯｍとする。あらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置をＯｓとする。主軸３に既知長のマスタ工具を装着して、マスタ工具の先端部をあらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓに移動すると、マスタ工具は既知長であるから、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍに対する光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚ軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈが求められる。
【００５７】
そして、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の基準位置ＯｍからΔＺだけ上方で光線１３ａを遮光したとすると、工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１は、Ｔｓ１＝Ｈ−ΔＺで求められる。また、工具Ｔにより光線１３ａを遮光したときのＮＣ工作機械１の機械座標系のＺ軸位置をＭｚとすると、工具長Ｌは、Ｌ＝Ｈ−Ｍｚ−ΔＺで求められる。
【００５８】
主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置を求める場合は、図３に示すように、光線１３ａの変位量検出方向と工具Ｔの軸線とが垂直になるよう光学式の非接触センサ１３を配置する。
【００５９】
図３に示すように、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸が機械座標系の基準位置にあるとき、主軸３の基準位置をＯｍとする。あらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置をＯｓとする。上述のようにして、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍに対する光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚ軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを求める。
【００６０】
そして、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の基準位置ＯｍからΔＺだけ光線１３ａを遮光したとすると、工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２は、Ｔｓ２＝Ｈ−ΔＺで求められる。
【００６１】
図１を参照して、本発明による工具測定機能を備えたＮＣ工作機械１の要部構成を説明する。
【００６２】
ＮＣ工作機械１は、主軸３を回転支持する主軸頭５と、ワーク（図示せず）を載置するテーブル７とを備え、ＮＣ装置９からの移動指令に基づいて、Ｘ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚにより、主軸３とテーブル７とをＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向に相対移動可能に構成されている。主軸３には工具Ｔが装着され、工具Ｔを回転させながら主軸３とテーブル７とを相対移動させることにより工具ＴとワークとをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に相対移動させて、ワークを所望形状に加工する。Ｘ、Ｙ軸は主軸３の回転軸線と垂直な平面内の直交する２つの方向を指し、Ｚ軸は主軸３の回転軸線と平行な軸方向を指す。Ｘ、Ｙ、Ｚの送り軸の構成はこれに限定されるものではない。
【００６３】
ＮＣ装置９は、加工プログラムや測定プログラム等の各種プログラムが入力、格納され、各種プログラムを解析し、解析したプログラムに従って逐次移動指令を生成し、生成した移動指令に従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動する。測定プログラムは、ＮＣ工作機械１の主軸３に装着した工具Ｔの正確な刃先位置及び工具長を求めるのに際して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させるよう生成される。
【００６４】
また、ＮＣ工作機械１は、任意の瞬間のＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の座標位置を読み取る位置読取手段１１が設けられている。図１の実施形態では、位置読取手段１１として、デジタルスケールを使用しているが、Ｘ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚにそれぞれ取り付けられたエンコーダ等の手段（図示せず）を使用することも可能である。図１には、Ｚ軸の位置読取手段１１のみが示されている。
【００６５】
さらに、ＮＣ工作機械１は、テーブル７上の加工の妨げとならない位置に、光学式の非接触センサ１３が設けられており、工具Ｔの長さ方向または径方向の刃先位置や工具長を求める必要性が生じたときに、主軸３とテーブル７とを相対移動させて、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる。
【００６６】
図１に示されている光学式の非接触センサ１３は、光線１３ａの変位量検出方向と工具Ｔの回転軸線とが水平になるよう主軸３に対して相対移動可能なテーブル７に設けられている。工具Ｔの径方向の刃先位置を求める場合は、光線１３ａの変位量検出方向と工具Ｔの軸線とが垂直になるよう主軸３に対して相対移動可能なテーブル７に設けられる。
【００６７】
光学式の非接触センサ１３は、光線１３ａを発する投光部１３ｂと、主軸３の回転軸線方向に互いに直列に配置された複数の受光素子を有し、投光部１３ｂと対向配置されている受光部１３ｃとを備え、投光部１３ｂと受光部１３ｃとの間には、主軸３の回転軸線に水平方向に帯状に広がる検出範囲が形成されている。工具Ｔの長さ方向または径方向の刃先位置や工具長を求める際には、投光部１３ｂと受光部１３ｃとが工具Ｔの回転軸線に対して互いに反対側に配置され、検出範囲が工具Ｔの回転軸線を含む平面に沿って投光部１３ｂと受光部１３ｃとの間に形成されるように、工具Ｔが配置される。そして、光線１３ａが工具Ｔによって遮光された検出範囲を受光部１３ｃで特定することにより、あらかじめ設定した基準位置に対する光線１３ａの遮光位置を検出する。
【００６８】
光学式の非接触センサ１３の検出範囲に直線状に配置された複数の受光素子のそれぞれについて、投光部１３ｂから発せられる光線１３ａを受光しているか否かに関する受光情報を収集し、各受光素子の受光情報をその位置と対応させることにより、あらかじめ設定した基準位置に対する光線１３ａの遮光位置を検出できる。
【００６９】
光学式の非接触センサ１３の投光部１３ｂは、帯状の検出範囲を有していれば任意の構造をとることができる。例えば投光部１３ｂの１つの光源から帯状の光線１３ａを発することにより帯状の検出範囲を形成してもよく、投光部１３ｂにおいて工具Ｔの回転軸線方向に併設された複数の光源からそれぞれ糸状の一条光線を発することにより帯状の検出範囲を形成してもよい。
【００７０】
光学式の非接触センサ１３は、工具Ｔの回転軸線を含む平面に沿って広がる帯状の検出範囲を有しているので、あらかじめ定められた位置に配置された主軸３に装着した工具Ｔの長さが変化しても、工具Ｔの先端部を検出できる。従って主軸３をあらかじめ定められた位置に配置したときに、工具Ｔの形状の差や欠損等による工具Ｔの長さの変化を検出範囲における工具Ｔの刃先位置の変化として認識することが可能である。
【００７１】
図１に示すように、帯状の検出範囲を有し、光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる光学式の非接触センサ１３でなく、別の構造の光学式の非接触センサを採用してもよい。例えば光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出できる光学式の非接触センサ、すなわちマトリックス状に光線１３ａを投光部１３ｂから受光部１３ｃに向けて照射する光学式の非接触センサであってもよい。
【００７２】
ＮＣ工作機械１は、主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１または径方向の刃先位置Ｔｓ２や工具長Ｌを演算する手段を具備している。上記手段は、遮光位置検出手段１５、工具最突出位置演算手段１７、工具刃先位置演算手段１９、基準位置記憶手段２１、機械座標位置検出手段２３、工具長演算手段２５、工具補正量演算手段２７、工具補正手段２９、遮光位置記憶手段３１、機械座標位置記憶手段３３、工具輪郭形状認識手段３５、工具輪郭形状記憶手段３７、工具異常検出手段３９、工具判定手段４１で成る。
【００７３】
基準位置記憶手段２１は、光学式の非接触センサ１３の投光部１３ｂから照射される光線１３ａの検出範囲内の上方または下方にあらかじめ任意に設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓを記憶する。このとき、ＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを求め、基準位置入力手段（図示せず）により基準位置記憶手段２１に入力すればよい。
【００７４】
遮光位置検出手段１５は、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺを検出する。
【００７５】
工具刃先位置演算手段１９は、遮光位置検出手段１５で検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１（図２参照）または径方向の刃先位置Ｔｓ２（図３参照）を求める。
【００７６】
機械座標位置検出手段２３は、遮光位置検出手段１５で工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの遮光位置を検出したときに、ＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚを検出する。
【００７７】
ＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚは、ＮＣ工作機械１のＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の機械座標系の位置を指し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸にそれぞれ設けられた位置読取手段１１で、任意の瞬間のＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の現在位置を読み取ることにより検出すればよい。また、ＮＣ装置９からＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚにそれぞれ指令されるＮＣ指令値を読み取り検出するようにしてもよい。また、ＮＣ指令値にＸ、Ｙ、Ｚの各送り軸の位置偏差を加味した位置を検出するようにしてもよい。
【００７８】
光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出する光学式の非接触センサ１３を使用する場合は、工具最突出位置演算手段１７は、遮光位置検出手段１５で検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺの最大値ΔＺmaxまたは最小値Δzminに基づいて工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺminを求める（図５及び図６参照）。
【００７９】
工具刃先位置演算手段１９は、工具最突出位置演算手段１７で求めた工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺminと基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚ軸の各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１（図２参照）または径方向の刃先位置Ｔｓ２（図３参照）を求める。
【００８０】
工具長演算手段２５は、工具最突出位置演算手段１７で求めた工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺmin、機械座標位置検出手段２３で検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚ、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚ軸の各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌを求める（図２参照）。
【００８１】
光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出する光学式の非接触センサを使用する場合は、工具最突出位置演算手段１７は、遮光位置検出手段１５で検出した２次元の遮光位置データの基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍに対する工具Ｔの軸線方向の光線１３ａの遮光位置ΔＺの最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminに基づいて工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺminを求める。
【００８２】
工具刃先位置演算手段１９は、工具最突出位置演算手段１７で求めた工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺminと基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１（図２参照）または径方向の刃先位置Ｔｓ２（図３参照）を求める。
【００８３】
工具長演算手段２５は、工具最突出位置演算手段１７で求めた工具Ｔの最突出位置ΔＺmaxまたはΔＺmin、機械座標位置検出手段３３で検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚ、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌ（図２参照）を求める。
【００８４】
工具補正量演算手段２７は、工具Ｔの先端部の輪郭形状に応じてあらかじめ定めた補正テーブルから補正量を求めるまたは演算により補正量を求める、すなわち主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１の工具Ｔの先端部の輪郭形状に応じた補正量を求める。
【００８５】
工具補正手段２９は、工具刃先位置演算手段１９で求めた主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を、工具補正量演算手段２７で求めた補正量により補正するようＮＣ装置１９に指令する。このとき、補正後の工具長ＬをＮＣ装置９の工具オフセットメモリに記憶するのが望ましい。
【００８６】
遮光位置記憶手段３１は、遮光位置検出手段１５で検出した基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺを記憶する。
【００８７】
機械座標位置記憶手段３３は、遮光位置検出手段１５で工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの遮光位置を検出したときに、機械座標位置検出手段２３で検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚを記憶する。
【００８８】
光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出する光学式の非接触センサ１３を使用する場合は、工具輪郭形状認識手段３５は、遮光位置記憶手段３１で記憶した光線１３ａの遮光位置ΔＺ及び機械座標位置記憶手段３３で記憶したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識する。このとき、主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置近傍の光学式の非接触センサ１３の光線幅の範囲内のデータに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識するようにしてもよい。
【００８９】
光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出する光学式の非接触センサを使用する場合は、工具輪郭形状認識手段３５は、遮光位置検出手段１５で検出したあらかじめ設定した基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈからの２次元の遮光位置データに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識する。このとき、主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置近傍の光学式の非接触センサ１３の光線幅の範囲のデータに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識するようにしてもよい。
【００９０】
工具輪郭形状認識手段３５は、工具輪郭形状記憶手段３７で記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データにより当該工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識することもできる。あらかじめ与えられた工具Ｔの先端部の輪郭形状データを入力する工具輪郭形状入力手段（図示せず）を設け、入力した工具Ｔの先端部の輪郭形状データを工具輪郭形状記憶手段３７に記憶するようにしてもよい。
【００９１】
工具異常検出手段３９は、工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔの破損、欠損、異物付着等の異常を検出する。
【００９２】
工具判定手段４１は、工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔが加工に使用するべき工具Ｔが否かを判定する。
【００９３】
光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの回折による誤差を考慮して、主軸３に装着した工具Ｔの正確な長さ方向の刃先位置を求める場合は、工具刃先位置演算手段１９は、光学式の非接触センサ１３の光軸上の少なくとも２つの位置で主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置を求める。工具補正量演算手段２７は、各測定位置間の距離及び工具刃先位置演算手段１９で求めた各位置における主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置の差に基づいて、光線１３ａの回折による補正量を求める。工具補正手段２９は、工具刃先位置演算手段１９で求めた主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置を工具補正量演算手段２７で求めた補正量により補正する。
【００９４】
図３を参照して、本発明の第１の実施形態の工具測定方法を説明する。
まず、ＮＣ工作機械１の主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を求める場合について説明する。
【００９５】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ及びＹ軸送りモータＭｙを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の上方に移動させ、測定開始位置に位置決めする（ステップＳ１）。
【００９６】
主軸３に装着した工具Ｔを下方へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる（ステップＳ２）。工具Ｔにより非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺ、すなわち基準位置Ｏｍからの変位量ΔＺを遮光位置検出手段１５により検出する（ステップＳ３）。
【００９７】
基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを読み込む（ステップＳ４）。光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍは、投光部１３ｂから照射される光線１３ａの上方または下方にあらかじめ任意に設定し、基準位置記憶手段２１に記憶しておく。
【００９８】
主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の上方に移動させる動作と主軸３に装着した工具Ｔを下方へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる動作とを同時に行わせるようにしてもよい。要は、非接触センサ１３の光線１３ａを主軸３に装着した工具Ｔで上方から遮光できればよい。
【００９９】
光学式の非接触センサ１３は、工具Ｔの回転軸線を含む平面に沿って広がる帯状の検出範囲を有し、光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できるものが望ましい。
【０１００】
遮光位置検出手段１５で検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具刃先位置演算手段１９で主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１をＴｓ１＝Ｈ−ΔＺにより求める（ステップＳ５）。
【０１０１】
主軸３に装着した工具Ｔを使用する回転速度で回転させ、光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に向けて移動して光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺを検出するようにすれば、主軸３に装着した工具Ｔの実際の使用条件下における工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を求めることができる。もちろん、主軸３に装着した工具Ｔを回転させずに、光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺを検出してもよいことは言うまでもない。
【０１０２】
主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２を求める場合は、図３に示すように、光線１３ａの変位量検出方向と工具Ｔの軸線とが垂直になるよう光学式の非接触センサ１３を配置する。
【０１０３】
Ｘ軸送りモータＭｘまたはＹ軸送りモータＭｙを駆動して、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ、工具Ｔにより非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺ、すなわち基準位置Ｏｓからの変位量ΔＺを遮光位置検出手段１５により検出する。
【０１０４】
そして、遮光位置検出手段１５で検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具刃先位置演算手段１９で主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２をＴｓ２＝Ｈ−ΔＺにより求める。
【０１０５】
また、主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌを求める場合には、遮光位置検出手段１５で光線１３ａの遮光位置を検出したときに、機械座標位置検出手段２３によりＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚを検出する（ステップＳ６）。
【０１０６】
遮光位置検出手段１５により検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと、機械座標位置検出手段２３により検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚと、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具長演算手段２５で主軸３に装着した工具Ｔの工具長ＬをＬ＝Ｈ−Ｍｚ−ΔＺにより求める（ステップＳ７）。求めた工具長ＬはＮＣ装置９に送出され、工具オフセットメモリに記憶される。
【０１０７】
図５、図６、図７を参照して、本発明の第２の実施形態の工具測定方法を説明する。
第１の実施形態の工具測定方法は、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に上方から移動させるものであるが、第２の実施形態の工具測定方法は、図５，６に示すように、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内を垂直に横切るように移動させて、遮光位置検出手段１５により基準位置Ｏｓからの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminまたは最大値ΔＺmaxを検出し、工具Ｔの最突出位置とするものである。
【０１０８】
このとき、図６に示すように、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内を横切ったときに、遮光位置検出手段１５により基準位置Ｏｓからの遮光位置ΔＺをΔＺ1、ΔＺ2、…、ΔＺnのように逐次検出し、そのうちの最小値ΔＺminまたは最大値ΔＺmaxを読み取るようにすればよい。また、遮光位置検出手段１５により遮光位置ΔＺ1、ΔＺ2、…ΔＺnを検出したときの工作機械の座標位置Ｍｚは測定開始時のＺ軸位置として検出され、機械座標位置記憶手段３３に記憶される。
【０１０９】
ここで、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminに基づいて工具Ｔの最突出位置を求めるのは、あらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓが光線１３ａのどの位置にあるか、すなわち光学式の非接触センサ１３の検出範囲内の上方にあるか下方にあるかにより、遮光位置検出手段１５により検出される光線１３ａの遮光位置ΔＺが最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminを採るためである。
【０１１０】
以下、図７を参照して、光線１３ａの遮光位置ΔＺが最小値ΔＺminを取る場合について説明する。
【０１１１】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の側方に移動させ、測定開始位置に位置決めする（ステップＳ１０１）。このときのＺ軸位置が工作機械の座標位置Ｍｚとなる。
【０１１２】
Ｘ軸送りモータＭｘまたはＹ軸送りモータＭｙを駆動して主軸３に装着した工具Ｔを水平方向へ移動させ、工具Ｔにより光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの検出範囲内を横切らせる（ステップＳ１０２）。このとき、光学式の非接触センサ１３の帯状の検出範囲内を横断するように、検出範囲のなす面に対して直角方向に工具ＴをＸ、Ｙ軸方向に微少量ずつ移動させる。
【０１１３】
工具Ｔにより非接触センサ１３の光線１３ａを遮光したときに、光学式の非接触センサ１３のあらかじめ設定した基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺ、すなわちあらかじめ設定した基準位置Ｏｓからの変位量ΔＺを遮光位置検出手段１５により検出する（ステップＳ１０３）。
【０１１４】
主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の側方に移動させる動作と主軸３に装着した工具Ｔを水平方向へ移動させ光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの検出範囲内を横切らせる動作とを同時に行わせるようにしてもよい。要は、非接触センサ１３の光線１３ａを主軸３に装着した工具Ｔで横切って遮光できればよい。
【０１１５】
工具最突出位置演算手段１７は、遮光位置検出手段１５により今回検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺと前回検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺとを比較し（ステップＳ１０４）、今回検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺの方が小さい場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、その遮光位置ΔＺを最小値ΔＺmin、すなわち工具Ｔの最突出位置として求め、遮光位置記憶手段３１記憶する（ステップＳ１０５）。今回検出した光線１３ａの遮光位置ΔＺの方が大きい場合（ステップＳ１０４のＮＯ）、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminが検出されていないとして、光線１３ａの検出範囲内に対する工具Ｔの横切り動作が完了しているかどうか判断する（ステップＳ１０６）。横切り動作が完了していない場合（ステップＳ１０６）、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminが見つかるよう光線１３ａの遮光位置ΔＺの検出を繰り返す。
【０１１６】
横切り動作が完了し、工具最突出位置演算手段１７が、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminを求め、工具Ｔの最突出位置として遮光位置記憶手段３１に記憶した場合（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、遮光位置記憶手段３１から光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺmin、すなわち工具Ｔの最突出位置を読み取る（ステップＳ１０７）。
【０１１７】
基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを読み込む（ステップＳ１０８）。
【０１１８】
工具最突出位置演算手段１７により求めた工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminと、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具刃先位置演算手段１９で主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１をＴｓ１＝Ｈ−ΔＺminにより求める（ステップＳ１０９）。
【０１１９】
なお、第２の実施形態において、主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２を求める方法は、第１の実施形態と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【０１２０】
また、主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌを求める場合には、測定開始時のＺ軸位置をＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚとして検出する（ステップＳ１１０）。
【０１２１】
工具最突出位置演算手段１７により求めた工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminと、機械座標位置検出手段２３により検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚ、あらかじめ設定した基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具長演算手段２５で主軸３に装着した工具Ｔの工具長ＬをＬ＝Ｈ−Ｍｚ−ΔＺminにより求める（ステップＳ１１１）。
【０１２２】
図８，図９、図１０を参照して、本発明の第３の実施形態の工具測定方法を説明する。
第３の実施形態の工具測定方法では、光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出する光学式の非接触センサを使用する。
【０１２３】
図８、図９に示すように、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動したときに、遮光位置検出手段１５により基準位置Ｏｓからの遮光位置ΔＺをΔＺ1、ΔＺ2、ΔＺ３、…、ΔＺnのように検出し、そのうちの最小値ΔＺminまたは最大値ΔＺmaxを読み取るようにすればよい。また、遮光位置検出手段１５により遮光位置ΔＺ1、ΔＺ2、ΔＺ３、…ΔＺnを検出したときの工作機械の座標位置Ｍｚは検出範囲内に移動したときのＺ軸位置として検出され、機械座標位置記憶手段３３に記憶される。
【０１２４】
ここで、光線１３ａの遮光位置ΔＺの最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminに基づいて工具Ｔの最突出位置を求めるのは、あらかじめ設定した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓが光線１３ａのどの位置にあるか、すなわち光学式の非接触センサ１３の検出範囲内の上方にあるか下方にあるかにより、遮光位置検出手段１５により検出される光線１３ａの遮光位置ΔＺが最大値ΔＺmaxまたは最小値ΔＺminを採るためである。
【０１２５】
以下、図１０を参照して、光線１３ａの遮光位置ΔＺが最小値ΔＺminを取る場合について説明する。
【０１２６】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の上方または側方に移動させる（ステップＳ２０１）。
【０１２７】
ここで、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の上方に移動させる動作と主軸３に装着した工具Ｔを下方へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる動作とを同時に行わせるようにしてもよい。また、主軸３に装着した工具Ｔを光学式の非接触センサ１３の検出範囲の側方に移動させる動作と主軸３に装着した工具Ｔを水平方向へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させる動作とを同時に行わせるようにしてもよい。
【０１２８】
主軸３に装着した工具Ｔを下方または水平方向へ移動させ光学式の非接触センサ１３の検出範囲内に移動させ（ステップＳ２０２）、工具Ｔにより光線１３ａを遮光したときに、遮光位置検出手段１５により２次元の遮光位置データＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎを検出し、工具最突出位置演算手段１７に読み込み、記憶する（ステップＳ２０３）。
【０１２９】
工具最突出位置演算手段１７は、記憶した２次元の遮光位置データＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎから、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓに対する工具Ｔの軸線方向の光線１３ａの遮光位置ΔＺに基づいて工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminを求める（ステップＳ２０４）。
【０１３０】
基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈを読み込む（ステップＳ２０５）。
【０１３１】
工具最突出位置演算手段１７により求めた工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminと、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具刃先位置演算手段１９で主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１をＴｓ１＝Ｈ−ΔＺminにより求める（ステップＳ２０６）。
【０１３２】
なお、第３の実施形態において、主軸３に装着した工具Ｔの径方向の刃先位置Ｔｓ２を求めるようにしてもよい。
【０１３３】
また、主軸３に装着した工具Ｔの工具長Ｌを求める場合には、測定開始時のＺ軸位置をＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚとして検出する（ステップＳ２０７）。
【０１３４】
工具最突出位置演算手段１７により求めた工具Ｔの最突出位置、すなわち光線１３ａの遮光位置ΔＺの最小値ΔＺminと、機械座標位置検出手段２３により検出したＮＣ工作機械１の座標位置Ｍｚ、あらかじめ設定した基準位置Ｏｍ、すなわちＮＣ工作機械１のＸ，Ｙ，Ｚの各送り軸の機械座標系の基準位置Ｏｍと光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓとの距離Ｈとから、工具長演算手段２５で主軸３に装着した工具Ｔの工具長ＬをＬ＝Ｈ−Ｍｚ−ΔＺminにより求める（ステップＳ２０８）。
【０１３５】
ところで、遮光位置検出手段１５により検出された光学式の非接触センサ１３のあらかじめ設定した基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺ、すなわち基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓからの変位量ΔＺは、従来の技術で述べたように、ボールエンドミルやドリル等の工具種類や工具径等の工具Ｔの先端部の形状や寸法によりその検出結果に悪影響を及ぼしてしまう。
【０１３６】
そこで、工具種類や工具径等が工具Ｔの先端部の形状や寸法により特定されることに着目して、基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺの検出とは別に、工具Ｔの先端部の形状または寸法を表すデータに基づいて工具刃先位置演算手段１９で求めた主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１と工具Ｔの実際の長さ方向の刃先位置とのずれ量を求め、主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を補正することが望ましい。
【０１３７】
図１１を参照して、本発明の第４実施形態として、工具Ｔの先端部の形状または寸法等の輪郭形状に基づいて、主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を補正する方法を説明する。
【０１３８】
前もって、工具Ｔの先端部の形状や寸法等の輪郭形状に応じてあらかじめ定めた補正値テーブルを用意して工具補正量演算手段２７に登録しておく。補正値テーブルは、あらかじめ各種工具Ｔの刃先位置及び補正量を実際に求めることにより、工具Ｔの種類や工具径等の輪郭形状に対応させて補正量を記憶すればよい。
【０１３９】
また、工具刃先位置演算手段１９により求めた工具Ｔの刃先位置と工具Ｔの実際の刃先位置とのずれ量、すなわち補正量をコンピュータ等を使用して演算することもできる。
【０１４０】
まず、主軸３に装着した工具Ｔの刃先部の輪郭形状を求める（ステップＳ３０１）。
光線１３ａの遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出する光学式の非接触センサ１３を使用する場合は、例えば遮光位置検出手段１５で検出したあらかじめ設定した基準位置Ｏｓに対する光線１３ａの遮光位置ΔＺをΔＺ1、ΔＺ2、…、ΔＺnのように逐次検出して、遮光位置記憶手段３１に記憶する。
【０１４１】
そして、遮光位置検出手段１５により遮光位置ΔＺ1、ΔＺ2、…ΔＺnを検出したときの機械座標位置検出手段２３で検出した工作機械の座標位置ＭｚをＰ1、Ｐ2、…、Ｐnのように逐次検出して、機械座標位置記憶手段３３に記憶する。
【０１４２】
遮光位置記憶手段３１で記憶した光線１３ａの遮光位置ΔＺ1、ΔＺ2、…ΔＺn及び機械座標位置記憶手段３３で記憶したＮＣ工作機械１の座標位置Ｐ1、Ｐ2、…、Ｐnに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を工具輪郭形状認識手段３５により認識すればよい。
【０１４３】
光学式の非接触センサ１３の光線１３ａの検出範囲内を通過させることにより、工具Ｔの回転軸線を挟んで工具Ｔの一方の側から他方の側まで、その一方の側からの距離情報と共に工具Ｔの最下点の位置の情報を取得するので、工具Ｔの先端部の輪郭を求めるために必要なデータを取得したことになる。各位置において取得した位置に関する情報に基づいて、工具Ｔの先端部の輪郭形状を求める。
【０１４４】
このように、帯状の検出範囲を有した光学式の非接触センサ１３を用いて、工具Ｔを工具Ｔの回転軸線と垂直な方向に移動させていくことにより、工具Ｔの先端部の形状又は寸法を求めることができる。また、光学式の非接触センサ１３の帯状の検出範囲を工具Ｔの回転軸線と垂直に配置し、光学式の非接触センサ１３と工具ＴとをＺ軸方向にのみ移動させるようにしてもよい。
【０１４５】
図１２に示すように、主軸３に装着した工具Ｔの先端部の全体的な輪郭形状を認識するのではなく、主軸３に装着した工具Ｔの刃先位置近傍の光学式の非接触センサ１３の光線幅の範囲内のデータに基づいて、主軸３に装着した工具Ｔの先端部の部分的な輪郭形状を工具輪郭形状認識手段３５により認識するようにしてもよい。
【０１４６】
また、光線１３ａの遮光状態をあらかじめ設定した基準位置からの２次元の複数の遮光位置データとして検出する光学式の非接触センサを使用する場合は、遮光位置検出手段１５で検出した基準位置記憶手段２１にあらかじめ記憶した光学式の非接触センサ１３の基準位置Ｏｓからの２次元の遮光位置データＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｎに基づいて工具Ｔの先端部の輪郭形状を工具輪郭形状認識手段３５により認識すればよい。この場合は、工具Ｔを光線１３ａの検出範囲に移動するだけで、工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識するデータが得られる。
【０１４７】
さらに、あらかじめ与えられた工具Ｔの先端部の輪郭形状データを工具輪郭形状記憶手段３７に記憶しておき、工具輪郭形状記憶手段３７で記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データにより当該工具Ｔの先端部の輪郭形状を工具輪郭形状認識手段３５により認識することもできる。
【０１４８】
上述のいずれかの方法で、主軸３装着した工具Ｔの先端部の輪郭形状を求め、その輪郭形状に対応する補正量を工具補正量演算手段２７の補正テーブルから求める、または演算により求める（ステップＳ３０２）。
【０１４９】
工具補正手段２９により工具刃先位置演算手段１９により求めた主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を補正する（ステップＳ３０３）。このとき、補正量は工具補正手段２９からＮＣ装置９に送出される。このようにすれば正確な工具Ｔの長さ方向の刃先位置を得ることができる。
【０１５０】
工具Ｔの実際の刃先位置を求めるために認識された工具Ｔの先端部の形状または寸法等の輪郭形状データは、他の用途に利用することができる。
【０１５１】
例えば工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔが加工に使用するべき工具Ｔが否かを判定することができる。また、工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔの破損、欠損、異物付着等の異常を検出することができる。
【０１５２】
図１３を参照して、上記内容を具体的に、本発明の第５実施形態の工具測定方法として説明する。
【０１５３】
図１１のステップＳ３０１と同様にして、工具輪郭形状認識手段３５により主軸３に装着した工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識する（ステップＳ４０１）。
【０１５４】
工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データ、すなわち工具Ｔの先端部の寸法や形状を読み込む（ステップＳ４０２）。
【０１５５】
工具判定手段４１により、工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較し（ステップＳ４０３）、主軸３に装着した工具Ｔが加工に使用するべき工具Ｔか否かを判定する（ステップＳ４０４）。両者が一致していなければ（ステップＳ４０４でＮＯ）、使用するべき工具Ｔではないとして、アラームを発するか判定する（ステップＳ４０５）。アラームを発する場合は（ステップＳ４０５のＹＥＳ）、ＮＣ装置９に加工停止指令を発する。そのときにアラーム表示するようにしてもよい。アラームを発しない場合は（ステップＳ４０５のＮＯ）、工具マガジンから加工に使用するべき工具Ｔをサーチして（ステップＳ４０６）、再度工具Ｔの先端部の輪郭形状を認識する。
【０１５６】
工具判定手段４１により、主軸３に装着した工具Ｔが加工に使用するべき工具Ｔと判定した場合（ステップＳ４０４でＹＥＳ）には、工具異常検出手段３９により工具輪郭形状認識手段３５で認識した工具Ｔの先端部の輪郭形状と工具輪郭形状記憶手段３７にあらかじめ記憶した工具Ｔの先端部の輪郭形状データとを比較することにより、主軸３に装着した工具Ｔの破損、欠損、異物付着等の異常を検出する（ステップＳ４０７）。
【０１５７】
両者が一致していれば（ステップＳ４０７でＮＯ）、工具Ｔは使用するべき工具Ｔであり、異常もないと判定され、加工が続行される。
【０１５８】
両者が一致せず、あらかじめ定められた許容範囲を越える差異が検出されると、主軸３に装着した工具Ｔに異常があると判定する（ステップＳ４０７のＹＥＳ）。工具Ｔのクリーニングの可否を判定し（ステップＳ４０８）、クリーニングが行われていなければ（ステップＳ４０８のＮＯ）、異物付着が考えられるとして、工具Ｔのクリーニング指令を発し（ステップＳ４０９）、クリーニング後に再度工具Ｔの先端部の輪郭形状の認識を行う。工具Ｔのクリーニングが行われていれば（ステップＳ４０８のＹＥＳ）、工具Ｔの欠損、またはクリーニング等で回復できない異常と判定され、ＮＣ装置９に予備工具交換指令を発する（ステップＳ４１０）。
【０１５９】
このようにして、工具Ｔを主軸に装着した状態で、工具Ｔの異常の検出や、指定された工具Ｔと主軸３に装着した工具Ｔとの一致、不一致の検出を行うことができる。
【０１６０】
ここでは、主軸３に装着した工具Ｔの異常検出や加工に使用するべき工具Ｔか否かの判定を行うものとして説明したが、工具マガジンの各収納位置に収納された工具Ｔがその位置に収納されているはずの工具Ｔ、すなわち使用するべき工具Ｔが各収納位置に収納されているか否か、工具マガジンの各収納位置に収納された工具Ｔの異常を検査することもできる。
【０１６１】
ここで、工具Ｔの異常を検出するのみで、工具Ｔが使用するべき工具Ｔか否かの判断を行う必要がなければ、省略することも可能である。もちろん工具Ｔの異常を検出することを省略することもできる。
【０１６２】
図１４に示すように、非接触式の工具先端位置検出方法を行う場合、光線１３ａを遮光したときには、光線１３ａの回折、すなわち光線１３ａが障害物である工具Ｔの先端部を通過するときに、工具Ｔの後方の影の部分に回り込み侵入する現象が原理的に発生する。この現象により、工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１に誤差が発生してしまう。
【０１６３】
図１４、図１５を参照して、非接触センサ１３の光線１３ａの回折による誤差を考慮して、主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１を求める方法として、本発明の第６実施形態の工具測定方法について説明する。
【０１６４】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを非接触センサ１３の光軸上の受光部１３ｃから距離Ｄだけ離れた第１の位置Ｐ１の上方または側方に移動させる（ステップＳ５０１）。
【０１６５】
図４のステップＳ１〜ステップＳ５、図７のステップＳ１０１〜１０９のようにして、主軸３に装着した工具Ｔの第１の位置Ｐ１における長さ方向の刃先位置Ｔｓ１１を求める（ステップＳ５０２）。
【０１６６】
測定プログラムに従ってＸ軸送りモータＭｘ、Ｙ軸送りモータＭｙ、Ｚ軸送りモータＭｚを駆動して、主軸３とテーブル７とを相対移動させ、主軸３に装着した工具Ｔを非接触センサ１３の光軸上の第２の位置Ｐ２の上方または側方に移動させる（ステップＳ５０３）。
【０１６７】
図４のステップＳ１〜ステップＳ５、図７のステップＳ１０１〜１０９のようにして、主軸３に装着した工具Ｔの第２の位置Ｐ２における長さ方向の刃先位置Ｔｓ１２を求める（ステップＳ５０４）。
【０１６８】
第１の位置Ｐ１における主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１１と第２の位置Ｐ２における主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１２との差ΔＴｓを求める（ステップＳ５０５）。
【０１６９】
第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との距離ΔＤを求める（ステップＳ５０６）。
第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との距離ΔＤ、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２における主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置の差ΔＴｓに基づいて、非接触センサ１３の光線１３ａの回折角θを求め、光線１３ａの回折による主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置の補正量ＺｃをＺｃ＝Ｄ・ｔａｎθ＝Ｄ・ｔａｎ（ΔＴｓ／ΔＤ）により求める（ステップＳ５０７）。ステップＳ５０５〜ステップＳ５０７は工具補正量演算手段２７で行われる。
【０１７０】
工具補正手段２９により第１の位置Ｐ１における主軸３に装着した工具Ｔの長さ方向の刃先位置Ｔｓ１１を補正量Ｚｃで補正することにより、主軸３に装着した工具Ｔの正確な長さ方向の刃先位置を得ることができる（ステップＳ５０８）。
【０１７１】
上記説明は、非接触センサ１３の検出範囲の２つの位置における工具Ｔの長さ方向の刃先位置に基づいて、非接触センサ１３の光線１３ａの回折による誤差を考慮した主軸３に装着した工具Ｔの正確な長さ方向の刃先位置を求めるようにしているが、非接触センサ１３の検出範囲の３つ以上の位置における工具Ｔの長さ方向の刃先位置に基づいて、主軸３に装着した工具Ｔの正確な長さ方向の刃先位置を求めることも可能である。
【０１７２】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる光学式の非接触センサを工作機械上に設け、主軸に装着した工具を光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、光線の遮光位置を検出し、あらかじめ設定した基準位置と検出した光線の遮光位置に基づいて主軸に装着した工具の先端位置を求めるようにしている。
【０１７４】
よって、光学式の非接触センサという比較的安価な手段を工作機械に付加するだけで、工作機械に既存の機能を用いて比較的簡単な方法で、主軸に装着した工具の正確な長さ方向または径方向の刃先位置や工具長を得ることができ、所望の加工を高精度に行うことができる。
【０１７７】
光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置で主軸に装着した工具の長さ方向の刃先位置を求め、各位置間の距離、及び求めた各位置における主軸に装着した工具の長さ方向の刃先位置の差に基づいて、光線の回折による補正量を求め、求めた主軸に装着した工具の長さ方向の刃先位置を補正量により補正するようにしている。よって、光学式の非接触センサによる工具測定の際に発生する光線の回折による誤差を考慮して、主軸に装着した工具の正確な長さ方向の刃先位置を求めることができ、ひいては所望の加工を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工具測定機能を備えたＮＣ工作機械の実施形態を示す要部構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の工具測定方法において、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、光線の遮光位置ΔＺ、工作機械の座標位置Ｍｚ、工具の長さ方向の刃先位置Ｔｓ１、工具長Ｌを示した模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態の工具測定方法において、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、光線の遮光位置ΔＺ、工具の径方向の刃先位置Ｔｓ２示した模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態の工具測定方法において、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、光線の遮光位置ΔＺ、工作機械の座標位置Ｍｚ、工具の長さ方向の刃先位置Ｔｓ１、工具長Ｌを示した模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態の工具測定方法の原理図である。
【図７】本発明の第２実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態の工具測定方法において、あらかじめ設定した基準位置Ｏｓ、光線の遮光位置ΔＺ、工作機械の座標位置Ｍｚ、工具の長さ方向の刃先位置Ｔｓ１、工具長Ｌを示した模式図である。
【図９】本発明の第３実施形態の工具測定方法の原理図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第４実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第４実施形態の工具測定方法における工具先端形状の認識範囲を示す模式図である。
【図１３】本発明の第５実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第６実施形態の工具測定方法の原理図である。
【図１５】本発明の第６実施形態の工具測定方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…ＮＣ工作機械
３…主軸
７…テーブル
９…ＮＣ装置
１３…光学式の非接触センサ
１５…遮光位置検出手段
１７…工具最突出位置演算手段
１９…工具刃先位置演算手段
２１…基準位置記憶手段
２３…機械座標位置検出手段
２５…工具長演算手段
２７…工具補正量演算手段
２９…工具補正手段
３１…遮光位置記憶手段
３３…機械座標位置記憶手段
３５…工具輪郭形状認識手段
３７…工具輪郭形状記憶手段
３９…工具異常検出手段
４１…工具判定手段
Claims (2)
- 工作機械の主軸に装着した工具を光学式の非接触センサにより測定する工具測定方法であって、
光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる前記光学式の非接触センサを前記主軸に対して相対移動可能な前記工作機械の構成部材に設け、
前記主軸と前記構成部材とを相対移動させ、前記主軸に装着した工具を前記光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、前記光線の遮光位置を検出するステップと、
前記光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置において、検出した前記光線の遮光位置と前記あらかじめ設定した基準位置とから前記主軸に装着した工具の長さ方向または径方向の刃先位置を求めるステップと、
各位置間の距離、及び求めた前記各位置における前記主軸に装着した工具の刃先位置の差に基づいて、前記光線の回折による補正量を求めるステップと、
求めた前記主軸に装着した工具の刃先位置を前記補正量により補正するステップと、
を含むことを特徴とした工具測定方法。 - 主軸に装着した工具とテーブルに載置したワークとを相対移動させて前記ワークを加工する工作機械において、
前記主軸に装着した工具を、前記テーブルに設けられ光線の遮光位置をあらかじめ設定した基準位置からの変位量として検出できる光学式の非接触センサの検出範囲内に移動させ、前記光線の遮光位置を検出する遮光位置検出手段と、
前記光学式の非接触センサの光軸上の少なくとも２つの位置において、前記遮光位置検出手段で検出した前記光線の遮光位置と前記あらかじめ設定した基準位置とから前記主軸に装着した工具の長さ方向または径方向の刃先位置を求める工具刃先位置演算手段と、
前記各位置間の距離及び前記工具刃先位置演算手段で求めた前記各位置における前記主軸に装着した工具の刃先位置の差に基づいて、前記光線の回折による補正量を求める工具補正量演算手段と、
前記工具刃先位置演算手段で求めた前記主軸に装着した工具の刃先位置を前記工具補正量演算手段で求めた補正量により補正する工具補正手段と、
を具備することを特徴とした工具測定機能を備えた工作機械。
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