JP4822506B2 - 位置出し方法、測定方法、および座標系の設定方法。 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械における主軸に装着された測定子と被加工物との接触を電気的に検出し接触位置に基づいて相対位置を決定する位置出し方法に関する。また、測定子と被加工物との接触を電気的に検出し複数の接触位置に基づいて被加工物の形状、寸法、ピッチ、穴内径などを測定する測定方法または被加工物の座標系を設定する座標系の設定方法に関する。

回転する工具を用いて切削加工や研削加工を行なう工作機械において、主軸に測定子を装着して、測定子と被加工物とを相対移動させて測定子の接触位置を検出し、接触位置に基づいて主軸の被加工物に対する相対位置を決定することが広く行なわれている。そして、検出された複数の相対位置に基づいて被加工物の形状、寸法、ピッチ、穴内径などを測定し、あるいは被加工物の座標系を設定している。

測定子と被加工物との接触位置を検出する方式としていくつかあげられる。具体的には、例えば、被加工物と絶縁された測定子に所定の電圧を印加し、電圧や電流の変動を検出することによって測定子と被加工物との接触を検出し、そのときの位置座標値から主軸の被加工物に対する相対位置を得る方式がある。また、例えば、特許文献１に示されるように、検出子の変位と現在位置とから接触位置を検出する方式がある。種々の測定子と被加工物との接触位置を検出する方式には、それぞれ一長一短があるが、その詳細な説明は省略する。

特開平７−２０４９９０号公報

ところで、上記特許文献１に示されるように、近年、自動工具交換装置（ＡＴＣ）を利用して、主軸に自動的に測定子を取り付ける方式が行なわれるようになってきている。このように自動工具交換装置で測定子を取り付ける場合、接触検出方式の違いに関わらず、主軸の中心と測定子先端の検出部位の水平各軸方向（Ｘ軸およびＹ軸）の位置に誤差が生じる可能性が高い。そのため、１回の測定毎に被加工物と同じ台上に取付固定された基準球を用いて主軸の中心と測定子先端の検出部位との各軸方向の位置の誤差を測定しておく、いわゆるキャリブレーションを行なう必要がある。また、キャリブレーションを行なって位置の誤差を測定した場合は、キャリブレーションを行なった方向と同じ方向から測定子を相対移動させて被加工物と接触させるようにする必要がある。したがって、位置出しに時間と手間を要する。また、その結果、被加工物の形状などの測定や座標系の設定に相当の時間が要求され、作業性を低下させている。

本発明は、位置出しに要する時間をより短縮して作業性を向上させる新規な位置出し方法、被加工物の形状、寸法、ピッチ、穴内径などを測定する測定方法または被加工物の座標系を設定する座標系の設定方法を提供することを目的とする。

本発明の位置出し方法は、ホルダを介して主軸に装着される測定子と被加工物との接触位置を検出することによって主軸の被加工物に対する相対位置を検出する位置出し方法において、ホルダに通電ブラシを押し当てて被加工物と；主軸と絶縁された測定子と；に所定の電圧を印加するとともに測定子を回転させながら測定子と被加工物とを連続的に相対移動させて測定子と被加工物との接触を電気的に検出し測定子と被加工物との接触位置に基づいて相対位置を決定するようにする。

また、ホルダを介して測定子を装着した主軸を回転させる工程と、主軸が回転しているときの測定子の振れを測定して測定値を得る工程と、測定値に基づきオフセットデータを計算する工程と、ホルダに通電ブラシを押し当てて被加工物と；主軸と絶縁された測定子と；に所定の電圧を印加する工程と、主軸を回転させながら測定子と被加工物とを連続的に相対移動させて接触させる工程と、測定子と被加工物との接触を電気的に検出して測定子と被加工物との接触位置を検出する工程と、接触位置とオフセットデータとに基づいて主軸の被加工物に対する相対位置を決定する工程とを含んでなる。

また、本発明の測定方法は、自動工具交換装置によってホルダを介して主軸に測定子を装着する第１の工程と、主軸を回転させる第２の工程と、主軸が回転しているときの測定子の振れを測定して測定値を得る第３の工程と、測定値に基づきオフセットデータを計算する第４の工程と、ホルダに通電ブラシを押し当てて被加工物と；主軸と絶縁された測定子と；に所定の電圧を印加する第５の工程と、主軸を回転させながら測定子と被加工物とを水平方向に連続的に相対移動させて接触させる第６の工程と、測定子と被加工物との接触を電気的に検出して測定子と被加工物との接触位置を検出する第７の工程と、接触位置とオフセットデータとに基づいて主軸の被加工物に対する相対位置を決定する第８の工程と、第６の工程ないし第８の工程を繰返し複数の相対位置を得る第９の工程と、複数の相対位置に基づいて被加工物の形状、寸法、ピッチ、穴内径を測定する第１０の工程を含んでなる。

また、本発明の座標系の設定方法は、自動工具交換装置によってホルダを介して主軸に測定子を装着する第１の工程と、主軸を回転させる第２の工程と、主軸が回転しているときの測定子の振れを測定して測定値を得る第３の工程と、測定値に基づきオフセットデータを計算する第４の工程と、ホルダに通電ブラシを押し当てて被加工物と；主軸と絶縁された測定子と；に所定の電圧を印加する第５の工程と、主軸を回転させながら測定子と被加工物とを水平方向に連続的に相対移動させて接触させる第６の工程と、測定子と被加工物との接触を電気的に検出して測定子と被加工物との接触位置を検出する第７の工程と、接触位置とオフセットデータとに基づいて主軸の被加工物に対する相対位置を決定する第８の工程と、第６の工程ないし第８の工程を繰返し複数の相対位置を得る第９の工程と、複数の相対位置に基づいて被加工物の座標系を設定する第１０の工程を含んでなる。

本発明の位置出し方法は、測定子と被加工物との接触を電気的に検出するので測定子を回転させながら被加工物に接触させることができる。そして、測定子を回転させながら被加工物とを接触させて接触位置を得て相対位置を決定するようにするので、測定子の先端部位がどの方向に傾いていても主軸の中心から等距離離れた位置で測定子の先端部位と被加工物とが接触する。したがって、測定子を被加工物に接触させる方向を考慮することがない。そのため、位置出しのたびにキャリブレーションを行なう必要がない。その結果、位置出しにかかる時間を短縮することができる効果を有する。

また、測定子の振れを測定して測定値からオフセットデータを計算し、測定子を回転させながら被加工物に接触させ電気的に接触位置を検出するので、測定子の先端部位がどの方向に傾いていても主軸の中心から等距離離れた位置で測定子の先端部位と被加工物とが接触し、誤差を補正してより精確な位置を容易に得ることができる。したがって、測定子を被加工物に接触させる方向を考慮することがない。そのため、位置出しのたびにキャリブレーションを行なう必要がない。その結果、位置出しにかかる時間を短縮することができるとともに、自動工具交換装置によって測定子を取り付けて行なうことができ、位置出しを自動的により容易に行なうことができる効果を有する。

また、本発明の測定方法は、測定子の振れを測定して測定値からオフセットデータを計算し、測定子を回転させながら被加工物に接触させ電気的に接触位置を検出するので、測定子の先端部位がどの方向に傾いていても主軸の中心から等距離離れた位置で測定子の先端部位と被加工物とが接触し、誤差を補正してより精確な位置を容易に得ることができる。したがって、測定子を被加工物に接触させる方向を考慮することがない。そのため、位置出しのたびにキャリブレーションを行なう必要がない。その結果、複数回の位置出しによって得られる被加工物の形状、寸法、ピッチ、穴内径を測定する時間を短縮することができるとともに、自動工具交換装置によって測定子を取り付けて行なうことができ、測定を自動的により容易に行なうことができる効果を有する。

また、本発明の座標系の設定方法は、測定子の振れを測定して測定値からオフセットデータを計算し、測定子を回転させながら被加工物に接触させ電気的に接触位置を検出するので、測定子の先端部位がどの方向に傾いていても主軸の中心から等距離離れた位置で測定子の先端部位と被加工物とが接触し、誤差を補正してより精確な位置を容易に得ることができる。したがって、測定子を被加工物に接触させる方向を考慮することがない。そのため、位置出しのたびにキャリブレーションを行なう必要がない。その結果、複数回の位置出しによって得られる被加工物の座標系を設定する時間を短縮することができるとともに、自動工具交換装置によって測定子を取り付けて行なうことができ、座標系の設定を自動的により容易に行なうことができる効果を有する。

図１に、本発明の好ましい実施の形態のプロセスが示される。図２は、図１のプロセス中の接触動作を示すフローチャットである。また、図３に、本発明の方法で使用される測定子の構成を示す。以下に、本発明の座標系の設定方法を説明する。

最初に、自動工具交換装置によって図３に示されるような主軸１０に、測定子２２が絶縁ブッシュ２４で主軸１０側と絶縁された状態で取り付けられるホルダ２０を装着する（Ｓ１）。次に、主軸１０を回転させて測定子を回転させる（Ｓ２）。そして、機械のテーブル上に予め取付固定されている図示しない振れ測定器に主軸に取り付けられた測定子を移動させて測定子の振れを測定して測定値として最大外径を得る（Ｓ３）。得られた最大外径は主軸が回転しているときであるから、最大外径の２分の１の値は水平方向における主軸の中心の位置と測定子が傾いているときの測定子の先端部位の位置との差の最大値である。したがって、測定値の２分の１の値を計算しオフセットデータとして計算する（Ｓ４）。

次に、図３に示される通電ブラシ３０をエアシリンダによって前進させホルダ２０の側面に押し当てる。そして、被加工物と絶縁された測定子２２に所定の電圧を印加する（Ｓ５）。そして、主軸を十分な回転数（例えば２０００ｍｉｎ^−１）で回転させ測定子２２を回転させながら送り速度を比較的高速（例えば、２０ｍｍ／ｍｉｍ）に設定して接触動作をさせる（Ｓ６）。そして、測定子２２と被加工物とが接触したことを電圧または電流の変化をみて電気的に検出して測定子２２と被加工物との接触位置を検出して記憶装置に記憶させる（Ｓ７）。

上記測定子と被加工物との接触動作は、より具体的には、図２に示されるプロセスで行なわれる。最初に、主軸を設定速度で相対移動させて測定子を被加工物に接触させ（Ｓ５１）、数値制御装置が測定子と被加工物の接触を電気的に検出したら移動を直ちに停止する（Ｓ５２）、そして、停止したときの現在位置情報を取得して数値制御装置の変数に取り込んでおく（Ｓ５３）。そして、接触させたときの方向と反対の方向に数ｍｍ移動させて戻しておく（Ｓ５４）。

このようにして、主軸を回転させ測定子２２を回転させながら送り速度を比較的中速（例えば、５ｍｍ／ｍｉｎ）に設定して図２に示される接触動作を行なう（Ｓ８）。そして、測定子２２と被加工物との接触を電気的に検出してその接触位置を記憶装置に記憶させる（Ｓ９）。同様に、主軸を回転させ測定子２２を回転させながら送り速度を比較的低速（２ｍｍ／ｍｉｎ）に設定して測定子２２と被加工物とを水平方向に移動させて接触させる（Ｓ１０）。そして、測定子２２と被加工物との接触を電気的に検出してその接触位置を記憶装置に記憶させる（Ｓ１１）。

次に、取得した接触位置のデータを平均して得られた接触位置のデータにオフセットデータを減算して相対位置を決定する（Ｓ１２）。このとき、接触位置のデータは位置座標値であり、オフセットデータは方向を含むので、測定子を被加工物に相対移動させたときの接触方向が考慮されている。したがって、測定子を被加工物に接触させる方向を考慮することがない。そのため、位置出しのたびにキャリブレーションを行なう必要がない。また、取付誤差があってもオフセットデータによって修正され精確な位置が得られるので、自動工具交換装置によって自動的に位置出しを自動的により容易に行なうことができる。

次に、ステップＳ６からステップＳ１２までを繰り返して所定の複数の相対位置を得る（Ｓ１３）。例えば、最初にＸ軸方向の位置出しを行なってから次にＹ軸方向の位置出しを行なう。また、被加工物の形状測定をするときは、各軸方向に予め設定されている回数の位置出しを行ない複数の相対位置を得る。このとき、同じ位置で測定子と被加工物を接触させると精確な位置を得ることができないので、各軸方向においてその軸方向と直交する方向に所定距離移動した位置から測定子を被加工物に対して相対移動させる。

実施の形態の座標系の設定方法の場合は、被加工物の位置出しで得られたＸ軸方向の位置座標値とＹ軸方向の位置座標値に基づいて数値制御装置において被加工物の座標系を設定する（Ｓ１４）。

被加工物の測定方法は、上述した座標系の設定方法におけるステップＳ１からステップＳ１２まで同様にして行なう。そして、例えば、被加工物の形状を測定するときは、複数のＸ軸方向の位置座標値とＹ軸方向の位置座標値を得て、それらの位置座標値を最小二乗法などの公知の演算手法を用いて輪郭線を得る。被加工物の寸法や穴内形を得るときもまた、得られた複数のＸ軸方向の位置座標値とＹ軸方向の位置座標値に基づいて公知の演算手法によって得ることができる。

本発明は、切削機械や研削機械のような工作機械に適用される。本発明は、位置出しの時間、その位置出しに基づく被加工物の測定もしくは被加工物の座標系の設定に要求される時間を短縮し、作業効率を向上させることに役立つ。

本発明の実施の形態の主要なプロセスを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の接触動作を示すフローチャートである。 本発明に用いられる測定子を示す側面図である。

符号の説明

１０ 主軸
２０ ホルダ
２２ 測定子
２４ 絶縁ブッシュ
３０ 通電ブラシ

Claims (4)

1. ホルダを介して主軸に装着される測定子と被加工物との接触位置を検出することによって主軸の被加工物に対する相対位置を検出する位置出し方法において、前記ホルダに通電ブラシを押し当てて前記被加工物と；前記主軸と絶縁された測定子と；に所定の電圧を印加するとともに前記測定子を回転させながら前記測定子と前記被加工物とを連続的に相対移動させて前記測定子と前記被加工物との接触を電気的に検出し前記測定子と前記被加工物との接触位置に基づいて前記相対位置を決定する位置出し方法。
2. ホルダを介して測定子を装着した主軸を回転させる工程と、前記主軸が回転しているときの前記測定子の振れを測定して測定値を得る工程と、前記測定値に基づきオフセットデータを計算する工程と、前記ホルダに通電ブラシを押し当てて被加工物と；前記主軸と絶縁された測定子と；に所定の電圧を印加する工程と、前記主軸を回転させながら前記測定子と前記被加工物とを連続的に相対移動させて接触させる工程と、前記測定子と前記被加工物との接触を電気的に検出して前記測定子と前記被加工物との接触位置を検出する工程と、前記接触位置と前記オフセットデータとに基づいて前記主軸の前記被加工物に対する相対位置を決定する工程とを含んでなる位置出し方法。
3. 自動工具交換装置によってホルダを介して主軸に測定子を装着する第１の工程と、前記主軸を回転させる第２の工程と、前記主軸が回転しているときの前記測定子の振れを測定して測定値を得る第３の工程と、前記測定値に基づきオフセットデータを計算する第４の工程と、前記ホルダに通電ブラシを押し当てて被加工物と；前記主軸と絶縁された測定子と；に所定の電圧を印加する第５の工程と、前記主軸を回転させながら前記測定子と前記被加工物とを水平方向に連続的に相対移動させて接触させる第６の工程と、前記測定子と前記被加工物との接触を電気的に検出して前記測定子と前記被加工物との接触位置を検出する第７の工程と、前記接触位置と前記オフセットデータとに基づいて前記主軸の前記被加工物に対する相対位置を決定する第８の工程と、前記第６の工程ないし前記第８の工程を繰返し複数の前記相対位置を得る第９の工程と、前記複数の相対位置に基づいて被加工物の形状、寸法、ピッチ、穴内径を測定する第１０の工程を含んでなる測定方法。
4. 自動工具交換装置によってホルダを介して主軸に測定子を装着する第１の工程と、前記主軸を回転させる第２の工程と、前記主軸が回転しているときの前記測定子の振れを測定して測定値を得る第３の工程と、前記測定値に基づきオフセットデータを計算する第４の工程と、前記ホルダに通電ブラシを押し当てて被加工物と；前記主軸と絶縁された前記測定子と；に所定の電圧を印加する第５の工程と、前記主軸を回転させながら前記測定子と前記被加工物とを水平方向に連続的に相対移動させて接触させる第６の工程と、前記測定子と前記被加工物との接触を電気的に検出して前記測定子と前記被加工物との接触位置を検出する第７の工程と、前記接触位置と前記オフセットデータとに基づいて前記主軸の前記被加工物に対する相対位置を決定する第８の工程と、前記第６の工程ないし前記第８の工程を繰返し複数の前記相対位置を得る第９の工程と、前記複数の相対位置に基づいて被加工物の座標系を設定する第１０の工程とを含んでなる座標系の設定方法。

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