JP5407308B2 - ローダ利用ワーク計測システム - Google Patents

Description

この発明は、旋盤等の工作機械で切削加工された段付き形状のシャフトワーク等の計測を、非接触式計測装置とローダとを用いて行うローダ利用ワーク計測システムに関する。

従来、旋盤などの工作機械で切削加工された段付き形状等のワークを計測する専用の機外計測装置として、タッチセンサを有する一対のアームでワークを挟み、外径を計測するものがある（例えば、特許文献）。
また、主軸移動式の旋盤において、タッチセンサに対してワークを主軸を移動させて接触させ、計測するものがある（例えば、特許文献２）。

なお、旋盤等の工作機械に付設するローダとして、ローダチャックを主軸に対向する横向き姿勢と、ワーク供給台や搬出台に対向する下向き姿勢とに姿勢変更可能としたものがある（例えば、特許文献３）。
特開２００５−２２１２８０号公報 特開２００７−１１１７８２号公報 実開平０７−１７４４７号公報

特許文献１等のような接触式の機外計測装置でワーク径等を計測する場合、ワークを、その計測のために機外計測機に対して移動させる計測専用のワーク移動機構が必要となる。また、接触式の計測装置であるため、タッチセンサに対する接触・離間を高速で行うことが難しくて、計測に時間がかかるという課題がある。
特許文献２の計測装置は、主軸の移動を利用するため、計測専用のワーク移動機構は不要である。しかし、タッチセンサを用いるため、上記と同様にタッチセンサに対する接触・離間を高速で行うことが難しくて、計測に時間がかかるという課題がある。また、主軸の移動を利用するため、計測を行う間にワークの加工が行えず、加工効率が低下するという課題がある。
さらに、上記特許文献１，２の計測装置は、いずれも、ワーク径の計測を行うものであり、ワークに加工した加工部位の溝幅等の軸方向寸法を計測することができない。

この発明の目的は、計測専用のワーク移動機構を用いることなく、迅速に計測が行え、また径方向寸法だけでなく加工部位の軸方向寸法の計測が行え、さらに計測によって加工効率が低下することが回避できるローダ利用ワーク計測システムを提供することである。 この発明の他の目的は、計測のために増えるローダの移動を少なくでき、より一層効率の良い計測を行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、簡単な構成で高速の計測が精度良く行え、かつワークの姿勢を切り換えて径方向寸法と軸方向寸法との両方を計測することが容易に行えるようにすることである。

この発明のローダ利用ワーク計測システムは、工作機械によって切削加工されたワークを前記工作機械から別の場所に搬送するローダと、前記ワークの寸法を非接触で計測可能に設置された非接触式計測装置と、前記ローダを制御するローダ制御装置とを備え、
前記ローダはワークを把持するワーク把持部を有し、このワーク把持部は、下向きと横向きとに姿勢切換する姿勢切換機構を有し、前記非接触計測装置は、前記ワーク把持部に把持されたワークを、下向き姿勢と横向き姿勢とのいずれの姿勢においても計測可能に設置し、前記ローダ制御装置は、ワークを下向き姿勢および横向き姿勢のそれぞれで前記非接触式計測装置で計測可能な位置に移動させるように前記ローダを制御するものとし、下向き姿勢と横向き姿勢とに姿勢を切り換えたワークを、前記ワーク把持部で把持したままでワークの寸法を計測する。

この構成によると、工作機械によって切削加工されたワークは、ローダにより非接触計測装置に運ばれ、非接触式計測装置で各部の計測が行われる。このようにローダを利用するため、計測専用のワーク移動機構が不要となる。また、非接触式計測装置を用いるため、タッチセンサ等の接触式の計測装置を用いる場合と異なり、非接触式計測装置による計測可能な位置にワークを通過させるだけで計測が行えて、迅速に計測することができる。前記ローダは、ワークを下向き姿勢と横向き姿勢とに姿勢変更させる姿勢切換機構を有し、かつ非接触式計測装置を用いるため、非接触式計測装置に対してワークの姿勢を変更させることにより、ワークの外径や溝底等の径方向寸法の他に、溝幅等の加工部位の軸方向寸法も計測することができる。ローダの姿勢切換機構は、前向きの主軸とワーク供給，搬出台等に対応させるために、ローダに通常に備えられており、その機構を利用すれば良いため、計測専用に姿勢切換機構を付加させる必要はない。また、非接触式計測装置へのワークの移動にローダを利用するため、主軸の移動等を利用するものと異なり、工作機械での加工中にワークの計測が行え、計測によって加工効率が低下することが回避できる。

この発明において、前記ローダ制御装置は、ワークを工作機械のワーク加工位置から別の場所へ搬送する途中で前記非接触式計測装置で計測可能な位置にワークを移動させるようにローダを制御するものであっても良い。上記別の場所は、搬出台や次工程のワーク受取部等である。
このように工作機械から搬出する経路の途中で、前記非接触式計測装置による計測を行うようにした場合、計測のために増えるローダの移動を少なくでき、より一層効率良く計測を行うことができる。

この発明において、前記非接触式計測装置は、帯状光を照射する投光器と、ワークを介在させる空間を介して前記投光器に対向して設置されて前記投光器の照射する帯状光を受光しその帯状光のワークで遮断された範囲を検出可能な受光器とを有するものであっても良い。
このような帯状光を用いてその遮断範囲でワークの計測を行う方式であると、例えばレーザ光線をスキャンさせる非接触式計測装置に比べて、簡単な構成で高速の計測が行える。また、透過型であるため、反射型に比べて簡単な構成でより精度の良い計測が行える。さらに、帯状光を用いる計測方式であると、ワークの姿勢を切り換えて径方向寸法と軸方向寸法との両方を計測することが容易に行える。

この発明のローダ利用ワーク計測システムは、工作機械によって切削加工されたワークを前記工作機械から別の場所に搬送するローダと、前記ワークの寸法を非接触で計測可能に設置された非接触式計測装置と、前記ローダを制御するローダ制御装置とを備え、前記ローダはワークを把持するワーク把持部を有し、このワーク把持部は、下向きと横向きとに姿勢切換する姿勢切換機構を有し、前記非接触計測装置は、前記ワーク把持部に把持されたワークを、下向き姿勢と横向き姿勢とのいずれの姿勢においても計測可能に設置し、前記ローダ制御装置は、ワークを下向き姿勢および横向き姿勢のそれぞれで前記非接触式計測装置で計測可能な位置に移動させるように前記ローダを制御するものとし、下向き姿勢と横向き姿勢とに姿勢を切り換えたワークを、前記ワーク把持部で把持したままでワークの寸法を計測するため、計測専用のワーク移動機構を用いることなく、迅速に計測が行え、また径方向寸法だけでなく加工部位の軸方向寸法の計測が行え、さらに計測によって加工効率が低下することが回避できる。

前記ローダ制御装置が、ワークを工作機械のワーク加工位置から別の場所へ搬送する途中で前記非接触式計測装置で計測可能な位置にワークを移動させるようにローダを制御するものである場合は、計測のために増えるローダの移動を少なくでき、より一層効率良く計測を行うことができる。

前記非接触式計測装置が、帯状光を照射する投光器と、ワークを介在させる空間を介して前記投光器に対向して設置されて前記投光器の照射する帯状光を受光しその帯状光のワークで遮断された範囲を検出可能な受光器とを有するものである場合は、簡単な構成で高速の計測が精度良く行え、かつワークの姿勢を切り換えて径方向寸法と軸方向寸法との両方を計測することが容易に行える。

この発明の一実施形態を図１ないし図７と共に説明する。このローダ利用ワーク計測システムは、工作機械１と、ローダ２と、ローダ制御装置３と、非接触式計測装置４とを備える。

工作機械１は、平行２軸旋盤からなり、ベッド５上の中央に主軸台６を介して、２本の主軸７が前向きに設置されている。各主軸７は、ワークＷを把持する主軸チャック７ａを軸端に有している。ベッド５上の主軸台６の左右両側には、２個のタレット式の刃物台８が、タレットキャリッジ（図示せず）を介して、前後方向（Ｚ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設置されている。

ローダ２は、ガントリ式のものであり、工作機械１の左右方向にそれぞれ設置された素材ワーク供給台１４および加工済ワーク搬出台１５と、工作機械１の各主軸７との間でワークＷの搬送が可能とされている。このローダ２は、架設レール９に沿って左右に移動自在な走行台１０に、前後移動自在に前後移動台１１が設置され、この前後移動台１１に昇降自在に設置された昇降ロッド１２の下端に、ワーク把持部１３が設けられている。走行台１０、前後移動台１１、および昇降ロッド１２は、図２のように各軸（Ｘ軸，Ｚ軸，Ｙ軸）のサーボモータ１６，１７，１８により、駆動伝達機構を介して、それぞれ左右走行、前後移動、および上下移動の駆動がなされる。

ワーク把持部１３は、下向き姿勢と横向き姿勢との２つのローダチャック１９，１９を有し、これらローダチャック１９，１９を下向きと横向きとに姿勢切換する姿勢切換機構２３を備えている。この姿勢切換機構２３につき説明すると、上記２つのローダチャック１９，１９は、昇降ロッド１２の下端の固定支持台２０に対して傾斜軸心Ｏ回りに回転自在な回転体２１に設置されており、回転体２１の１８０°の回転により、互いの位置（すなわち互いの姿勢）が切換えられる。回転体２１は、モータ等の姿勢切換用駆動源２３ａにより回転させられる。各ローダチャック１９は、エアシリンダ等のチャック開閉駆動源により、チャック爪７ａａ（図３）の開閉動作が可能である。これら回転体２１および姿勢切換用駆動源２３ａにより、姿勢切換機構２３が構成される。

図１において、非接触式計測装置４は、ローダ２のワーク把持部１３に把持されたワークＷを、下向き姿勢と横向き姿勢とのいずれの姿勢においても計測可能な位置に設置される。この例では、ワークＷを工作機械１のワーク加工位置となる主軸７に把持された位置から、別の場所である加工済ワーク搬出台１５へ搬送する経路の途中、具体的には加工済ワーク搬出台１５の上方に、非接触式計測装置４が設置されている。

非接触式計測装置４は、帯状光Ｌを照射する投光器２５と、ワークＷを介在させる計測空間を介して前記投光器２５に対向して設置された受光器２６とを備える。受光器２６は、投光器２５の照射する帯状光Ｌを受光しその帯状光ＬのワークＷで遮断された範囲を検出可能なものである。

図４に平面図で示すように、非接触式計測装置４の投光器２５および受光器２６は、平面形状Ｕ字状のセンサ支持台２７の両端に取付けられ、帯状光Ｌが左右方向（Ｘ軸方向）に、かつ帯幅面が水平となる向きに照射されるように設置される。センサ支持台７は、支持フレーム（図示せず）を介して床面、またはローダ２の架設レール９の支持台（図示せず）等に設置される。

図５は、非接触式計測装置４の内部構成例を示す。前記投光器２５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる発光素子２８と、この発光素子２８から照射される光を帯状光Ｌに変化するコリメータレンズ２９とを有する。前記受光器２６は、前記投光器２５の照射した帯状光Ｌを集光する受光レンズ３０，３１と、これらレンズ３０，３１を介して受光した帯状光Ｌを電気信号に変換する受光素子３２とを有し、受光した帯状光ＬのワークＷ等の遮断物で遮断された幅寸法を検出可能である。非接触式計測装置４は、上記投光器２５および発光素子２８の他に、投光器２５の照射の制御、および受光素子３２から出力される電気信号を処理して寸法値等に変換する演算処理回路（図示せず）を有している。

図１において、ローダ制御装置３は、ローダ２の動作を制御するコンピュータ式の制御装置であり、ローダ制御プログラム３３と演算制御部３４とを備える。演算制御部３４は、ローダ制御プログラム３３を実行してローダ２の各駆動源（各軸サーボモータ１６，１７，１８、姿勢切換用駆動源２３、およびチャック開閉駆動源（図示せず））に制御信号または駆動電力を出力する手段であり、上記コンピュータとその出力を駆動電力に変換するアンプ等で構成される。

ローダ制御プログラム３３は、基本的には、ローダ２に対し、素材ワーク供給台１４上の素材ワークＷを把持させ、主軸チャック７ａに搬入して、主軸チャック７ａから加工済ワークＷを受け取り、加工済ワーク搬出台１５へ搬出する動作を行わせる制御を行うが、搬出途中で非接触式計測装置４により計測可能なようにローダ２を移動させる制御を含む。ローダ制御プログラム３３の一例を、図７に示す。同図のローダ制御プログラム３３のの各手順の内容は、次の動作説明と共に説明する。

上記構成の動作を説明する。ローダ制御装置３は、ローダ制御プログラム３３に従い、次のようにローダ２を動作させる。
まず、素材ワーク供給台１４の真上となる搬入位置Ｐで、ワーク把持部１３の下向き姿勢のローダチャック１９により、素材ワークＷを把持させる。この状態で、ワーク把持部１３の上昇、左右移動、および下降を行わせ、ワーク把持部１３の空状態にある横向き姿勢のローダチャック１９を、定められた主軸チャック７ａに対向させる（図７の手順Ｓ１）。

ついで、ワーク把持部１３を主軸チャック７ａ側へ移動させ、横向き姿勢のローダチャック１９で、主軸チャック７ａに把持されている加工済ワークＷを受け取る。この後、ワーク把持部１３の主軸チャック７ａに対する後退、横向き姿勢と下向き姿勢のローダチャック１９，１９の姿勢切換、ワーク把持部１３の主軸チャック７ａ側への移動を行い、横向き姿勢となったローダチャック１９で、主軸チャック７ａへ素材ワークＷを渡す。

素材ワークＷを渡した後、ワーク把持部１３に、主軸チャック７ａに対する後退、上昇、左右移動、下降、を順次行わせることで、ワーク把持部１３を非接触式計測装置４による計測位置へ移動させる（手順Ｓ３）。
ここで、ローダ２によるワークＷの移動および姿勢変更を行いながら、非接触式計測装置４によるワークＷの非溝加工部外径、溝底径等の径方向寸法、および溝幅等の軸方向寸法の計測を行う（手順Ｓ４，Ｓ５）。径方向寸法と軸方向寸法とは、いずれを先に行っても良いが、ここでは、素材ワークＷの渡し時の姿勢変換によって加工済ワークＷが下向き姿勢となっているため、そのまま姿勢変更なく計測できるように、径方向寸法の計測（手順Ｓ４）の後に、軸方向寸法の計測（Ｓ５）を行う。

図６（Ａ）は、径方向寸法の計測の様子を示す。加工済ワークＷは、同図のように複数の溝ｇ１，ｇ２を有する段付き軸状であって、円柱状の素材ワークＷから切削加工されたとする。
加工済ワークＷは、ワーク把持部１３の下向きのローダチャック１９に把持されて下向き姿勢にある。非接触式計測装置４の帯状光Ｌは、帯幅方向を水平として左右方向（Ｘ軸方向）に投光される。
この帯状光Ｌが投光された計測空間に加工済ワークＷが位置することで、帯状光Ｌは加工済ワークＷの位置する部分が遮断され、その遮断幅から、加工済ワークＷの外径寸法が計測される。このとき、ワーク把持部１３を上下（Ｙ軸方向）に移動させることにより、加工済ワークＷの任意の軸方向位置を帯状光Ｌの経路に位置させることができ、加工済ワークＷの各溝ｇ１，ｇ２の溝底径寸法や、各非溝加工部ｄ１〜ｄ４の外径寸法を計測することができる。

径方向寸法の計測が終了すると、図６（Ｂ）のように、ワーク把持部１３の加工済ワークＷを把持したローダチャック１９を横向き姿勢に切換え、溝幅を計測したい溝ｇ１，ｇ２が帯状光Ｌに位置するように、ワーク把持部１３の位置を移動させる（手順Ｓ５）。このとき、計測したい溝ｇ１，ｇ２の下面または上面の溝底から帯状光Ｌが外れるように位置させることで、その溝ｇ１，ｇ２の存在箇所が帯状光Ｌの非遮断部位となり、溝幅寸法を計測することができる。帯状光Ｌに対して、複数のｇ１，ｇ２の溝底と溝開口間の高さ間の部位を同時に位置させることができる場合は、複数の溝ｇ１，ｇ２の溝幅を同時に計測することができるが、同時に位置させることができない場合は、ワーク把持部１３を上下に移動させることで、各溝ｇ１，ｇ２の溝幅を順次計測することができる。また、非接触式計測装置４が、複数の寸法の同時計測が不能な形式のものである場合は、希望の溝ｇ１，ｇ２のみに帯状光Ｌが位置するようにワーク把持部１３をワーク軸方向（Ｚ軸方向）に移動させることで、各溝ｇ１，ｇ２の溝幅を順次計測することができる。

このように、計測が完了すると、加工済ワークＷが下向きとなるように、ワーク把持部１３を姿勢切換し（手順Ｓ６）、ワーク把持部１３を下降させて加工済ワーク搬出台１５へワークＷを搬出する（手順Ｓ７）。ワーク搬出の後、手順Ｓ１の素材ワークＷの受取り動作に戻る。

この実施形態のローダ利用ワーク計測システムによると、このように、工作機械１によって切削加工されたワークＷは、ローダ２により非接触計測装置４に運ばれ、非接触式計測装置４で計測が行われる。このようにローダ２を利用するため、計測専用のワーク移動機構が不要となる。また、非接触式計測装置４を用いるため、タッチセンサ等の接触式の計測装置を用いる場合と異なり、非接触式計測装置４による計測可能な位置にワークＷを通過させるだけで計測が行えて、迅速に計測することができる。前記ローダ２は、ワークＷを下向き姿勢と横向き姿勢とに姿勢変更させる姿勢切換機構２３を有し、かつ非接触式計測装置４を用いるため、非接触式計測装置４に対してワークＷの姿勢を変更させることにより、ワークＷの外径や溝底等の径方向寸法の他に、溝幅等の加工部位の軸方向寸法も計測することができる。
ローダ２の姿勢切換機構２３は、前向きの主軸７とワーク供給台や搬出台等に対応させるために、ローダ２に通常に備えられており、その機構を利用すれば良いため、計測専用に姿勢切換機構を付加させる必要はない。また、非接触式計測装置４へのワークＷの移動にローダ２を利用するため、主軸の移動等を利用するものと異なり、工作機械１での加工中にワークの計測が行え、計測によって加工効率が低下することが回避できる。

また、この実施形態では、工作機械１から搬出する経路の途中で、非接触式計測装置４による計測を行うようにしたため、計測のために増えるローダ２の移動を少なくでき、より一層効率良く計測を行うことができる。

さらに、帯状光Ｌを用いてその遮断範囲でワークＷの計測を行う方式の非接触式計測装置４を用いるため、例えばレーザ光線をスキャンさせる非接触式計測装置に比べて、簡単な構成で高速の計測が行える。また、透過型であるため、反射型に比べて簡単な構成でより精度の良い計測が行える。さらに、帯状光Ｌを用いる計測方式であるため、上記のようにワークＷの姿勢を切り換えて径方向寸法と軸方向寸法との両方を計測することが容易に行える。

なお、上記実施形態では、非接触式計測装置４に帯状光Ｌを用いる形式のもの用いたが、非接触式計測装置４は、例えばレーザ光をスキャンさせる形式のものであってもよい。また、上記実施形態では、ローダ制御プログラム３３は、径方向寸法および軸方向寸法の両方を順次計測させるようにローダ２を移動させるようにしたため、ワークＷに応じて、径方向寸法または軸方向寸法のいずれか片方のみを計測させるようにしても良い。

この発明の一実施形態に係るローダ利用ワーク計測システムの全体構成を示す概略正面図である。 そのローダの側面図である。 そのローダのワーク把持部の破断側面図である。 その非接触式計測装置の平面図である。 同非接触式計測装置の概念構成の説明図である。 （Ａ），（Ｂ）はそれぞれ径方向寸法および軸方向寸法の計測形態を示す説明図である。 そのローダ制御プログラムの手順の流れ図である。

符号の説明

１…工作機械
２…ローダ
３…ローダ制御装置
４…非接触式計測装置
７…主軸
７ａ…主軸チャック
８…刃物台
１３…ワーク把持部
１５…加工済ワーク搬出台
１９…ローダチャック
２１…回転体
２３…姿勢切換機構
２５…投光器
２６…受光器
３３…ローダ制御プログラム
３４…演算制御部
ｇ１，ｇ２…溝
Ｌ…帯状光
Ｗ…ワーク

Claims (3)

1. 工作機械によって切削加工されたワークを前記工作機械から別の場所に搬送するローダと、前記ワークの寸法を非接触で計測可能に設置された非接触式計測装置と、前記ローダを制御するローダ制御装置とを備え、
   前記ローダはワークを把持するワーク把持部を有し、このワーク把持部は、下向きと横向きとに姿勢切換する姿勢切換機構を有し、前記非接触計測装置は、前記ワーク把持部に把持されたワークを、下向き姿勢と横向き姿勢とのいずれの姿勢においても計測可能に設置し、前記ローダ制御装置は、ワークを下向き姿勢および横向き姿勢のそれぞれで前記非接触式計測装置で計測可能な位置に移動させるように前記ローダを制御するものとし、下向き姿勢と横向き姿勢とに姿勢を切り換えたワークを、前記ワーク把持部で把持したままでワークの寸法を計測するローダ利用ワーク計測システム。
2. 前記ローダ制御装置は、ワークを工作機械のワーク加工位置から別の場所へ搬送する途中で前記非接触式計測装置で計測可能な位置にワークを移動させるようにローダを制御する請求項１記載のローダ利用ワーク計測システム。
3. 前記非接触式計測装置は、帯状光を照射する投光器と、ワークを介在させる空間を介して前記投光器に対向して設置されて前記投光器の照射する帯状光を受光しその帯状光のワークで遮断された範囲を検出可能な受光器とを有する請求項１または請求項２記載のローダ利用ワーク計測システム。

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