JP5491305B2 - 工具長測定方法及び工具長測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、工具を所定位置から所定方向に移動させてレーザー光を遮光したときの工具の移動量に基づいて工具長を測定する測定方法及び測定装置に関する。

レーザー光により工具長を測定する装置として、従来例えば、特許文献１には、投光器から受光器に向けてレーザー光を射出し、工具がレーザー光を遮断したときの座標値によって工具長を算出する装置が開示されている。

特開平１０−１３８０９７号公報

ところで、前記従来の工具長測定装置では、前記工具がレーザー光を遮光すると、該レーザー光を遮光していない状態から遮光している状態に移行したことを示すスキップ信号がプログラム制御装置に入力される。プログラム制御装置は、スキップ信号が入力されると即時に前記工具の移動を停止し、工具長測定プログラムを続行する。

前記従来の工具長の測定においては、操作者が手動操作により工具を鉛直下方への移動・一次停止を繰り返しながら徐々に移動させる場合がある。この場合に、前記工具が前記レーザー光を遮光する寸前の位置で一次停止の指示が出されると、機械としては停止であるが、前記工具は慣性で僅かに下降して前記レーザー光を遮光し、スキップ信号が出力される。一時停止機能が作動している間は、プログラム制御は行われないため、前記スキップ信号は読み込まれない。従って、操作者が次に移動指令を出すと、前記レーザー光が遮光されているにも関わらず、操作者が指令した分だけ前記工具は移動し、前記工具がレーザー装置本体に接触又は衝突するという問題が懸念される。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、スキップ信号が読み込まれない場合であっても、工具の移動を確実に停止させることができる工具長測定方法及び工具測定装置を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、工具を保持する工具主軸を所定位置から所定方向に移動させて前記工具が、レーザー光を遮光していない状態から遮光した状態へと移行した際に該レーザー光が遮光されたことを示す第２信号が出力され、プログラム制御装置は、該第２信号を検知したとき、前記工具主軸の移動を停止させると共に、該工具主軸の前記所定位置からの移動量に基づいて前記工具の長さを測定する工具長測定方法において、
前記プログラム制御装置が前記出力された第２信号を検知しない場合は、前記工具がレーザー光を遮光している間中、該工具がレーザー光を遮光していることを示す第１信号が出力され、前記プログラム制御装置は、前記第１信号を検知したとき、前記工具主軸のレーザー装置本体へ接近する方向への移動を停止させる
ことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工具長測定方法において、
前記第２信号が検知されたとき、工具長測定プログラムを続行すると共に、
前記第１信号は、前記第２信号より遅延して出力される
ことを特徴としている。

請求項の３発明は、工具を保持する工具主軸を所定位置から所定方向に移動させて前記工具が、レーザー光を遮光していない状態から遮光した状態へと移行した際に該レーザー光が遮光されたことを示す第２信号を出力し、プログラム制御装置は、該第２信号を検知したとき、前記工具主軸の移動を停止させると共に、該工具主軸の前記所定位置からの移動量に基づいて前記工具の長さを測定する工具長測定装置において、
前記レーザー光を発生するレーザー光発生部と、該レーザー光発生部で発生したレーザー光を受信するレーザー光受信部と、前記工具がレーザー光を遮光していることを示す第２信号を出力する第２信号出力部と、前記プログラム制御装置が前記出力された第２信号を検知しない場合は、前記工具がレーザー光を遮光している間中、該工具がレーザー光を遮光していることを示す第１信号を出力する第１信号出力部とを含むレーザー装置本体を備え、
前記プログラム制御装置は、前記第１信号を検知したとき、前記工具主軸のレーザー装置本体へ接近する方向への移動を停止させる
ことを特徴とする工具長測定装置。

請求項４の発明は、請求項３に記載の工具長測定装置において、
前記レーザー装置本体は、前記第１信号を、前記第２信号より遅延して出力させることを特徴としている。

請求項１，３の発明によれば、前記工具がレーザー光を遮光していることを示す第１信号（スターティック信号）が検知されたとき、前記工具のレーザー装置本体へ接近する方向への移動を停止するようにしたので、例えば、工具がレーザー光を遮光する寸前の位置で一次停止の指示が出されたため、工具がレーザー光を遮光していない状態から遮光している状態に移行したことを示すスキップ信号が読み込まれない場合であっても、前記工具のレーザー装置本体側への移動を停止することができ、前記工具がレーザー装置本体に接触又は衝突するのを防止できる。

請求項２，４の発明によれば、前記工具がレーザー光を遮光していることを示す第１信号（スターティック信号）は、前記工具がレーザー光を遮光したことを示す第２信号（スキップ信号）より遅延して出力されるので、プログラム制御装置は前記第２信号を確実に読み込むことができ、工具長測定プログラムを確実に続行できる。

即ち、仮に第１信号が先に読み込まれると、該第１信号に基づいて工具の移動を停止する指令が出され、工具長測定プログラムを続行できなくなるが、本発明では第１信号が遅延して出力されるのでこの問題を回避できる。従って、通常使用されるプログラムには影響を及ぼすことはなく、かつ前記の特殊な操作により第２信号が読み込まれない場合には、第１信号により工具の移動を停止できる。

本発明の実施例１に係る工具長測定方法及び工具長測定装置を説明するための正面側から見た斜視図である。 工具がレーザー装置本体の真上に位置したときの正面図である。 前記工具がレーザー光を遮光したときの正面図である。 前記工具が前記レーザー光が遮光しない位置に上昇したときの正面図である。 前記工具がレーザー光を遮光しているときの正面図である。 前記レーザー装置本体から出力される信号のタイミングチャートである。 工具長測定プログラムにおける制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図７は、本発明の実施例１による工具長測定方法及び測定装置を説明するための図である。

図において、１は工作機械の主軸であり、該主軸１の下方にはワーク（不図示）が搭載されるテーブル２が配置されている。前記主軸１は、Z 軸方向に移動可能に構成され、該主軸１の下端部には、工具４が装着されている。

また本実施例の工作機械は、工具長測定装置７を備えている。この工具長測定装置７は、レーザー装置本体５と、工作機械のＮＣ制御装置が兼用されているプログラム制御装置３とを含む構成となっている。

前記レーザー装置本体５は、凹型ブロック状に形成されており、左内側壁５ａにはレーザー光６を発生する発生器６ａが配設され、右内側壁５ａ′には、前記レーザー光６を受信する受信器６ｂが配設されている。また前記レーザー装置本体５の外側壁５ｂには、電源ケーブル５ｃが接続されている。

また、前記レーザー装置本体５は、スキップ信号出力部５ｄと、スターティック信号出力部５ｅとを備えている。前記スキップ信号出力部５ｄは、前記工具４が前記レーザー光６を遮光したことを示すスキップ信号（第２信号）Ａ、つまりレーザー光が遮光されていない状態から遮光される状態へと移行したことを示す信号を出力する。また前記スターティック信号出力部５ｅは、前記工具４が前記レーザー光６を遮光していることを示すスターティック信号（第１信号）Ｂ、つまり前記工具４がレーザー光６を遮光している状態が継続していることを示す信号を出力する。

前記スキップ信号Ａは、前記工具４がレーザー光６を遮光していない状態ではロー状態を維持し（図２参照）、工具４がレーザー光６を遮光していない状態から遮光する状態に移行したときハイ状態に切り換わる２０msec程度の矩形波である（図３参照）。従って、スキップ信号Ａは、工具４がレーザー光６を遮光したその瞬間に一個だけ出力され、その後、工具４がレーザー光６を遮光している状態が継続しても出力されない。なお、前記スキップ信号Ａは、前記工具４がレーザー光６を遮光している状態から遮光しない状態に移行した際にも一個出力される（図４参照）。

一方、前記スターティック信号Ｂは、本来、前記レーザー装置本体５において、レーザー光６が前記発生器６ａから前記受信器６ｂに正常に通光していることを、ハイ状態を維持することにより確認するためのものである（図２参照）。そして前記工具４がレーザー光６を遮光している状態ではローに切り換わり、工具４がレーザー光６を遮光している状態が継続している間は前記ロー状態を維持する（図３参照）。なお、スターティック信号Ｂは、工具４がレーザー光６を遮光しない状態に移行した後は、ハイ状態を維持する（図４参照）。

前記スキップ信号Ａ，スターティック信号Ｂは、それぞれケーブル５ｆ，５ｇを介して前記プログラム制御装置３に入力される。

ここで、図６に示すように、前記スキップ信号Ａは、前記工具４の先端が前記レーザー光６を遮光した実際の瞬間から所定の応答遅れ時間（例えば４０μsec)経過後にローからハイに立ち上がるのに対し、前記スターティック信号Ｂは、前記スキップ信号Ａの立ち上がりから所定の遅延時間遅れてハイからローに切り換わる。

本実施例１における工具長測定動作を主として図７のフローチャートに沿って説明する。

工具長測定プログラムがスタートすると、スキップモードがオンされ、前記主軸１の下端面１ａのＺ軸座標Ｚ１が読み込まれ（図２参照）、続いて主軸１の下方移動が開始される（ステップＳ１〜Ｓ３）。

そして、前記工具４の先端が前記レーザー光６を遮光したとき前記スキップ信号Ａにおける矩形波が出力され、これから所定の遅延時間経過後にスターティック信号Ｂがハイからローに切り換わり、これらの信号がプログラム制御装置３に入力される。このプログラム制御装置３において、前記スキップ信号Ａが検知されると（ステップＳ４）、前記プログラム制御装置３が前記主軸１の下方移動を停止させ（ステップＳ５）、さらに工具長測定プログラムを続行する（ステップＳ６，Ｓ７）。

具体的には、前記プログラム制御装置３は、前記主軸１を、前記工具４がレーザー光６を遮光しない位置まで上方に移動させ、ここから再び低速で下方に移動させ、工具４がレーザー光６を遮光したときの前記下端面１ａのＺ軸座標Ｚ２を読み込み（図４参照）、この読み込んだＺ軸座標Ｚ２等から工具長を求める。

一方、前記ステップＳ４において、例えば工具４がレーザー光６を遮光する直前において一次停止の指令が入力されたような特殊な理由により、前記スキップ信号Ａが前記プログラム制御装置３で検知されない場合に、前記スターティック信号Ｂが検知された場合（ステップＳ８）には、前記プログラム制御装置３は、前記工具長測定プログラムを停止するとともに、前記主軸１の下方移動を停止させる（ステップＳ９，Ｓ１０）。

なお、前記スターティック信号Ｂに関してより具体的に述べれば、スターティック信号Ｂがハイからローに切り換わり、ロー状態が所定時間、例えば前記スキップ信号Ａの矩形波長（２０msec)の間継続した場合に、スターティック信号Ｂが検知されたと判断するようにすれば良い。

このように、本実施例１では、前記工具４が前記レーザー光６を遮光したことを示すスキップ信号Ａが検知されたときには、工具長測定プログラムを続行し、工具４がレーザー光６を遮光していることを示すスターティック信号Ｂが検知されたときには、前記工具長測定プログラムを停止するとともに、前記工具４の移動を停止するようにした。そのため通常の状態では、工具長測定プログラムを支障なく実行でき、かつ何らかの理由でスキップ信号Ａが検知されない場合でも、前記工具４の残りの移動量をキャンセルするので、前記工具４が前記レーザー装置本体５に接触又は衝突するのを防止できる。

また、前記スキップ信号Ａは従来通りの矩形波であり、スターティック信号Ｂは、レーザー装置本体５が正常にレーザー光６を発生していることを確認するために従来から採用されている信号を、非常時の主軸移動停止信号として利用しているので、従来の工具長測定装置にハード的な改造を加える必要がなく、コスト増を抑制しつつ、前記工具４が前記レーザー装置本体５に接触又は衝突することを防止できる。

さらにまた、前記工具４がレーザー光６を遮光していることを示すスターティック信号Ｂは、前記工具４がレーザー光６を遮光したことを示すスキップ信号Ａより遅延して出力されるので、プログラム制御装置３は前記スキップ信号Ａを確実に読み込むことができ、工具長測定プログラムを確実に続行できる。

即ち、仮にスターティック信号Ｂが先に読み込まれると、該スターティック信号Ｂに基づいて工具４の下方移動を停止する指令が出され、工具長測定プログラムを続行できなくなる。しかし本実施例１では、スターティック信号Ｂがスキップ信号Ａより遅延して出力されるので、前記工具長測定プログラム続行不能の問題を回避できる。従って、通常使用される工具長測定プログラムには影響を及ぼすことはなく、かつ前記の特殊な操作によりスキップ信号Ａが読み込まれない場合には、スターティック信号Ｂにより工具４の移動を停止でき、装置の破損の問題を防止できる。

なお、前記実施例にて、スターティック信号がスキップ信号よりも遅延して出力されると説明したが、その意味するところは、上述の通り、スターティック信号自体が遅延して出力されるという場合だけでなく、出力されたスターティック信号がプログラム制御装置によって読み込まれるタイミングが、スキップ信号のそれよりも遅延しているという場合も含むものである。即ち、スターティック信号とスキップ信号が同時に出され、先にスキップ信号を、後から遅れてスターティック信号を、それぞれプログラム制御装置が読み込んでも、前記実施形態と同じ効果が得られる。

３ プログラム制御装置
４ 工具
５ レーザー装置本体
５ｄ スキップ信号（第２信号）発生部
５ｅ スターティック信号（第１信号）発生部
６ レーザー光
６ａ レーザー光発生部
６ｂ レーザー光受信部
７ 工具長測定装置
Ａ スキップ信号（第２信号）
Ｂ スターティック信号（第１信号）

Claims (4)

1. 工具を保持する工具主軸を所定位置から所定方向に移動させて前記工具が、レーザー光を遮光していない状態から遮光した状態へと移行した際に該レーザー光が遮光されたことを示す第２信号が出力され、プログラム制御装置は、該第２信号を検知したとき、前記工具主軸の移動を停止させると共に、該工具主軸の前記所定位置からの移動量に基づいて前記工具の長さを測定する工具長測定方法において、
   前記プログラム制御装置が前記出力された第２信号を検知しない場合は、前記工具がレーザー光を遮光している間中、該工具がレーザー光を遮光していることを示す第１信号が出力され、前記プログラム制御装置は、前記第１信号を検知したとき、前記工具主軸のレーザー装置本体へ接近する方向への移動を停止させる
   ことを特徴とする工具長測定方法。
2. 請求項１に記載の工具長測定方法において、
   前記第２信号が検知されたとき、工具長測定プログラムを続行すると共に、
   前記第１信号は、前記第２信号より遅延して出力される
   ことを特徴とする工具長測定方法。
3. 工具を保持する工具主軸を所定位置から所定方向に移動させて前記工具が、レーザー光を遮光していない状態から遮光した状態へと移行した際に該レーザー光が遮光されたことを示す第２信号を出力し、プログラム制御装置は、該第２信号を検知したとき、前記工具主軸の移動を停止させると共に、該工具主軸の前記所定位置からの移動量に基づいて前記工具の長さを測定する工具長測定装置において、
   前記レーザー光を発生するレーザー光発生部と、該レーザー光発生部で発生したレーザー光を受信するレーザー光受信部と、前記工具がレーザー光を遮光していることを示す第２信号を出力する第２信号出力部と、前記プログラム制御装置が前記出力された第２信号を検知しない場合は、前記工具がレーザー光を遮光している間中、該工具がレーザー光を遮光していることを示す第１信号を出力する第１信号出力部とを含むレーザー装置本体を備え、
   前記プログラム制御装置は、前記第１信号を検知したとき、前記工具主軸のレーザー装置本体へ接近する方向への移動を停止させる
   ことを特徴とする工具長測定装置。
4. 請求項３に記載の工具長測定装置において、
   前記レーザー装置本体は、前記第１信号を、前記第２信号より遅延して出力させることを特徴とする工具長測定装置。

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