JP6556393B2 - Standard equipment for tool measuring equipment and workpiece measuring equipment - Google Patents

Standard equipment for tool measuring equipment and workpiece measuring equipment Download PDF

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Description

本発明は、工作機械の機上で工具寸法を測定する工具測定装置およびワーク寸法を測定するワーク測定装置を校正する校正方法と、その校正方法の一連のステップを自動的に実行する校正装置、ならびにその校正に用いる標準器に関する。   The present invention relates to a tool measuring apparatus for measuring a tool dimension on a machine tool, a calibration method for calibrating a workpiece measuring apparatus for measuring a workpiece dimension, and a calibration apparatus for automatically executing a series of steps of the calibration method, And a standard device used for the calibration.

NC装置によって制御される工作機械では、加工に先立って、或いは加工中、更には加工後に、主軸に装着されている工具の寸法や刃先位置等の測定並びにテーブルに取り付けられているワークの原点位置や寸法等の測定が行われる。工具の測定には種々の方法が用いられる。特許文献1には、レーザ光線を照射する工具測定エレメントを用いた工具の測定方法が記載されている。工具測定エレメントは、製造者による校正に加えて、主軸の先端に取り付けられた基準工具を用いて測定前にユーザによっても校正される。   In a machine tool controlled by an NC device, measurement of the dimensions and cutting edge position of the tool mounted on the spindle and the origin position of the workpiece mounted on the table before, during or after machining And dimensions are measured. Various methods are used for measuring the tool. Patent Document 1 describes a tool measuring method using a tool measuring element that irradiates a laser beam. In addition to calibration by the manufacturer, the tool measuring element is also calibrated by the user prior to measurement using a reference tool attached to the tip of the spindle.

ワークの測定は主軸の先端にワーク測定プローブ等のワーク測定エレメントを取り付けて、該ワーク測定エレメントをワークの所定の位置に接触させる等して行われる。ワーク測定装置は、製造者による校正に加えて、標準器を用いてワーク測定に先立ってユーザによっても行われる。特許文献2には、切削工具を設定するために使用される工具設定プローブに予め較正された寸法を有しスタイラス円板を取り付け、該スタイラス円板を用いて、主軸に取り付けられたワーク検知プローブを較正するようにしたワーク検知プローブの較正方法が記載されている。   The workpiece is measured by attaching a workpiece measuring element such as a workpiece measuring probe to the tip of the spindle and bringing the workpiece measuring element into contact with a predetermined position of the workpiece. In addition to calibration by the manufacturer, the workpiece measuring apparatus is also performed by the user prior to workpiece measurement using a standard device. In Patent Document 2, a tool setting probe used for setting a cutting tool has a pre-calibrated dimension and a stylus disk attached thereto, and the stylus disk is used to attach a workpiece detection probe to a spindle. A method for calibrating a workpiece detection probe is described.

特開平11−138392号公報JP 11-138392 A 特表2017−518487号公報Special table 2017-518487 gazette

従来、ユーザによる工具測定装置の校正と、ワーク測定装置の校正とは相互に関連しない方法で行われている。そのため、1つのワークを加工するときに、加工に用いる工具の寸法や刃先位置と、ワークの寸法や原点位置とが、異なる2つの基準に基づいて測定、決定されることになる。2つの基準の間には不可避的に寸法誤差があるために、従来技術で加工された製品には、この2つの基準間の寸法誤差に基づく加工誤差が含まれることとなる。   Conventionally, the calibration of the tool measuring device by the user and the calibration of the workpiece measuring device are performed by methods that are not related to each other. For this reason, when machining one workpiece, the dimensions of the tool and the cutting edge position used for machining and the dimensions and origin position of the workpiece are measured and determined based on two different criteria. Since there is inevitably a dimensional error between the two standards, a product processed by the conventional technique includes a processing error based on the dimensional error between the two standards.

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、工具測定装置の校正と、ワーク測定装置の校正とで共通して使用できる標準器を提供することを目的としている。更に、本発明は、該標準器を用いた工具測定装置およびワーク測定装置のための校正方法と校正装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a standard that can be used in common for calibration of a tool measurement device and calibration of a workpiece measurement device. Furthermore, an object of the present invention is to provide a calibration method and a calibration device for a tool measuring device and a workpiece measuring device using the standard device.

上述の目的を達成するために、本発明によれば、NC装置によって制御される工作機械のテーブルに取り付けられ、工具の寸法を測定するための工具測定エレメントと、工作機械の主軸に取り付けられ、テーブルに取り付けられたワークの寸法を測定するためのワーク測定エレメントとを有した工作機械の工具測定装置およびワーク測定装置を校正するときに共通に用いる標準器において、テーブルに固定されるベースプレートと、該ベースプレートに取り付けられ、工作機械の主軸に取り付けられた基準工具またはワーク測定エレメントと接触し、接触の基準となる基準要素と、前記基準工具または前記ワーク測定エレメントと前記基準要素とが接触したとき、前記ベースプレートに対する前記基準要素の変形が要求する測定精度以下の変形量で両者の接触を検出し、接触信号を工作機械の送り軸の座標を読み取る座標読取部に出力する接触センサとを具備する標準器が提供される。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a tool measuring element for measuring a dimension of a tool, which is attached to a table of a machine tool controlled by an NC device, and attached to a spindle of a machine tool, A base plate fixed to the table in a standard device commonly used for calibrating a tool measuring device of a machine tool and a workpiece measuring device having a workpiece measuring element for measuring a dimension of a workpiece attached to the table; When the reference tool or workpiece measuring element attached to the base plate is in contact with the reference tool or workpiece measuring element attached to the spindle of the machine tool, and the reference tool serving as a reference for contact, and the reference tool or workpiece measuring element and the reference element are in contact with each other The deformation of the reference element relative to the base plate is less than the required measurement accuracy. Detecting a contact therebetween in an amount, standards comprising a contact sensor which outputs a contact signal to the coordinate reader for reading the coordinates of the feed axis of the machine tool is provided.

本発明によれば、主軸に自動で着脱可能な基準工具またはワーク測定プローブを取り付けることができる自動工具交換装置などの要素と、テーブル上に設置した標準器と主軸に取り付けた基準工具などを相対的に自動運転させることができる送り軸や回転軸のような要素と、X軸、Y軸、Z軸の何れの方向にも基準となり得る高精度な球や円筒などの要素を持つ標準器と、標準器や工具測定装置およびワーク測定装置が測定時に信号を発生し、工作機械が信号を受け取ることができる要素を持つ工作機械を用いることで、自動で校正作業を完了することができる。   According to the present invention, an element such as an automatic tool changer capable of attaching a reference tool or workpiece measuring probe that can be automatically attached to and detached from the spindle, and a standard device installed on the table and a reference tool attached to the spindle are relatively A standard device having elements such as a feed axis and a rotary axis that can be automatically operated automatically, and a high-precision sphere or cylinder that can serve as a reference in any direction of the X, Y, and Z axes The calibration work can be automatically completed by using a machine tool having an element that allows the standard device, the tool measuring device, and the workpiece measuring device to generate a signal at the time of measurement, and the machine tool can receive the signal.

本発明の工作機械の工具測定装置およびワーク測定装置の校正方法を実施する工作機械を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the machine tool which implements the tool measuring apparatus of the machine tool of this invention, and the calibration method of a workpiece | work measuring apparatus. 本発明の工作機械の工具測定装置を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the tool measuring apparatus of the machine tool of this invention. 本発明の工作機械のワーク測定装置を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram showing typically the work measuring device of the machine tool of the present invention. 本発明の好ましい実施形態による標準器の側面図である。1 is a side view of a standard device according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図1において、工作機械10は、工場の床面に固定される基台としてのベッド21、ベッド21の上面に左右方向またはX軸方向(図1では左右方向)に往復動可能に設けられたコラム(図示せず)、該コラムの前面に鉛直方向またはZ軸方向(図1では上下方向)に往復動可能に設けられた主軸頭12、鉛直方向に延びる回転軸線Oを中心に回転可能に主軸頭12に支持された主軸14、ベッド21の上面に前後方向またはY軸方向に往復動可能に設けられ主軸14に対面するテーブル20を具備している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 1, a machine tool 10 is provided on a bed 21 as a base fixed to the floor of a factory, and provided on the upper surface of the bed 21 so as to be capable of reciprocating in the left-right direction or the X-axis direction (left-right direction in FIG. 1). A column (not shown), a spindle head 12 provided on the front surface of the column so as to be able to reciprocate in the vertical direction or the Z-axis direction (vertical direction in FIG. 1), and rotatable about a rotation axis O extending in the vertical direction. A spindle 14 supported by the spindle head 12 and a table 20 provided on the upper surface of the bed 21 so as to be reciprocable in the front-rear direction or the Y-axis direction and facing the spindle 14 are provided.

主軸14の先端部には、ワーク測定エレメントとしてのタッチプローブ18が工具ホルダ16を介して取り付けられる。タッチプローブ18は、また工具ホルダ16に装着された基準工具(図示せず)と交換することができる。基準工具は、工具長や工具径等の寸法が既知の、測定の基準とする工具である。タッチプローブ18と基準工具との交換は、工作機械10のオペレータが手動で行うこともできるが、好ましくは、NCプログラム42として校正プログラムを入力し、該校正プログラムに工具交換指令を記載することによって、工作機械10の自動工具交換装置(図示せず)を用いて行うようにする。テーブル20の上面には、工具測定エレメント28が取り付けられている。工具測定装置56およびワーク測定装置66の校正に際して、校正用の標準器30をテーブル20の上面に取り付けることができる。標準器30は、工具測定エレメント28と同様にテーブル20の上面に常に取り付けておいてもよい。   A touch probe 18 as a workpiece measuring element is attached to the tip of the main shaft 14 via a tool holder 16. The touch probe 18 can also be replaced with a reference tool (not shown) mounted on the tool holder 16. The reference tool is a tool used as a reference for measurement whose dimensions such as tool length and tool diameter are known. The touch probe 18 and the reference tool can be exchanged manually by the operator of the machine tool 10, but preferably, a calibration program is input as the NC program 42 and a tool change command is written in the calibration program. The automatic tool changer (not shown) of the machine tool 10 is used. A tool measuring element 28 is attached to the upper surface of the table 20. When the tool measuring device 56 and the workpiece measuring device 66 are calibrated, the calibration standard 30 can be attached to the upper surface of the table 20. The standard device 30 may be always attached to the upper surface of the table 20 like the tool measuring element 28.

工具測定エレメント28は、一本のレーザ光線28aを発生する光学式の測定装置であり、図1、2において工具測定エレメント28は、レーザ光線28aをX軸に平行な方向に照射するようにテーブル20の上面に取り付けられている。工具測定エレメント28は上方に延びる一対の腕部を有して概ねU字形またはコの字形に形成されたフレームの間に細いレーザ光線28aを照射する投光器(図示せず)と、該レーザ光線28aを受信する受光器(図示せず)が、U字形のフレームの腕部に対設されている。また、工具測定エレメント28は、レーザ光線28aが遮断されたときに受信機44から座標読取部48にスキップ信号を出力する。   The tool measuring element 28 is an optical measuring device that generates a single laser beam 28a. In FIGS. 1 and 2, the tool measuring element 28 is a table that irradiates the laser beam 28a in a direction parallel to the X axis. It is attached to the upper surface of 20. The tool measuring element 28 has a pair of arms that extend upward, and a projector (not shown) that irradiates a thin laser beam 28a between a frame that is generally U-shaped or U-shaped, and the laser beam 28a. A receiver (not shown) for receiving the light is provided on the arm portion of the U-shaped frame. Further, the tool measuring element 28 outputs a skip signal from the receiver 44 to the coordinate reading unit 48 when the laser beam 28a is interrupted.

図1、2にはX軸方向にレーザ光線28aを照射する工具測定エレメント28のみが図示されているが、工具測定エレメント28と対をなすY軸方向にレーザ光線を照射する工具測定エレメント(図示せず)もテーブル20の上面に取り付けられていてもよい。   1 and 2 show only the tool measuring element 28 that irradiates the laser beam 28a in the X-axis direction, the tool measuring element (FIG. 1) that irradiates the laser beam in the Y-axis direction that forms a pair with the tool measuring element 28. (Not shown) may also be attached to the upper surface of the table 20.

工作機械10は、また、主軸14とテーブル20とを相対移動させるためにX軸、Y軸およびZ軸の直線送り装置(図示せず)を具備している。該直線送り装置は、X軸、Y軸、Z軸方向に延設されたボールねじ(図示せず)、コラム、テーブル20、主軸頭12に取り付けられ前記ボールねじと係合するナット(図示せず)、および、X軸、Y軸、Z軸の各ボールねじの一端に結合され、NC装置40に入力されるNCプログラム42に基づき制御されるX軸、Y軸、Z軸のサーボモータ(図示せず)を含むことができる。   The machine tool 10 is also provided with X-axis, Y-axis, and Z-axis linear feed devices (not shown) in order to move the spindle 14 and the table 20 relative to each other. The linear feed device includes a ball screw (not shown) extending in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, a column (not shown), a table 20, and a nut (not shown) that is engaged with the ball screw. And X-axis, Y-axis, and Z-axis servo motors coupled to one end of each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis ball screws and controlled based on the NC program 42 input to the NC device 40 ( (Not shown).

工作機械10は、更に、X軸、Y軸、Z軸の各送り装置の座標を読み取るためのXスケール22、Yスケール24、Zスケール26を具備している。X軸、Y軸、Z軸の各スケール22、24、26の読みは、座標読取部48を介してNC装置40にフィードバックされ、これに基づいて、X軸、Y軸、Z軸の各サーボモータが制御される。   The machine tool 10 further includes an X scale 22, a Y scale 24, and a Z scale 26 for reading the coordinates of the X-axis, Y-axis, and Z-axis feeding devices. Readings of the scales 22, 24, and 26 of the X-axis, Y-axis, and Z-axis are fed back to the NC device 40 via the coordinate reading unit 48, and based on this, the servos of the X-axis, Y-axis, and Z-axis are based. The motor is controlled.

タッチプローブ18は、先端部に例えば球状の接触子18aを備えたスタイラスと、無線送信機(図示せず)とを具備し、接触子18aがワークに接触したのち、スタイラスが所定の距離押し込まれたときに、無線送信機からタッチ信号が受信機46に出力されると共に、受信機46から座標読取部48にスキップ信号が出力されるようになっている。   The touch probe 18 includes a stylus having, for example, a spherical contactor 18a at the tip and a wireless transmitter (not shown). After the contactor 18a contacts the workpiece, the stylus is pushed a predetermined distance. The touch signal is output from the wireless transmitter to the receiver 46, and the skip signal is output from the receiver 46 to the coordinate reading unit 48.

図4を参照すると、標準器30は、テーブル20の上面に載置、固定されるベースプレート32、ベースプレート32の上面に立設され上端に基準面を提供する球体34aを有した支柱34、ベースプレート32の上面と支柱34の下端面との間に挟持された接触センサ36とを具備している。本実施形態では、この接触センサとして、力センサである例えば圧電素子を用いている。   Referring to FIG. 4, the standard device 30 includes a base plate 32 that is placed and fixed on the upper surface of the table 20, a column 34 that has a sphere 34 a that stands on the upper surface of the base plate 32 and provides a reference surface at the upper end, and the base plate 32. And a contact sensor 36 sandwiched between the upper surface of the support 34 and the lower end surface of the column 34. In the present embodiment, for example, a piezoelectric element that is a force sensor is used as the contact sensor.

接触センサ36は接触検出処理部38に接続されている。接触検出処理部38は、接触センサ36からの信号をフィルタ(図示せず)を通してノイズを除去したり、受信した信号をしきい値と比較する等の処理をして、受信した信号が球体34aに基準工具が接触したことを示しているか否かを判定する。接触検出処理部38で接触が検出されると、接触検出処理部38は、スキップ信号を座標読取部48に出力する。ここで、接触センサ36が力センサであり、接触検出部38からスキップ信号を発する際のしきい値(接触信号を出力する接触力の大きさを)を、測定精度に応じて変更可能にするのが望ましい。   The contact sensor 36 is connected to a contact detection processing unit 38. The contact detection processing unit 38 performs processing such as removing noise from the signal from the contact sensor 36 through a filter (not shown) or comparing the received signal with a threshold value, so that the received signal becomes a sphere 34a. It is determined whether or not it indicates that the reference tool has touched. When contact is detected by the contact detection processing unit 38, the contact detection processing unit 38 outputs a skip signal to the coordinate reading unit 48. Here, the contact sensor 36 is a force sensor, and the threshold value (the magnitude of the contact force for outputting the contact signal) when the skip signal is generated from the contact detection unit 38 can be changed according to the measurement accuracy. Is desirable.

なお、接触センサ36は、基準工具が球体34aに接触したことを検知できるセンサであれば、圧電素子に限定されない。接触センサ36は、要求測定精度以下の標準器30の変形量で基準工具と球体34aとの接触を検知できるセンサであればよい。接触センサ36は、例えば基準工具と球体34aとの接触によって生じる振動を検知する音響センサや振動センサであってもよい。また、接触センサ36は、タッチプローブ18のスタイラスを浮動支持するばね(図示せず)のばね力よりも十分に大きな剛性を有し、タッチプローブ18との接触によって支柱34が変位しないようになっている。   The contact sensor 36 is not limited to a piezoelectric element as long as it can detect that the reference tool has contacted the sphere 34a. The contact sensor 36 may be any sensor that can detect contact between the reference tool and the sphere 34a with a deformation amount of the standard device 30 that is less than the required measurement accuracy. The contact sensor 36 may be, for example, an acoustic sensor or a vibration sensor that detects vibration caused by contact between the reference tool and the sphere 34a. Further, the contact sensor 36 has rigidity sufficiently larger than the spring force of a spring (not shown) that floats and supports the stylus of the touch probe 18, and the support 34 is not displaced by contact with the touch probe 18. ing.

なお、標準器30に取り付けられた球体34aの寸法や、基準工具の工具長、工具径や、ワーク測定プローブの先端球の直径など、基準として使用する要素の寸法は、精密な座標測定機等を用いて予め測定された既知の値である。その測定に用いた座標測定機その他の機器は、校正経路が明らかなトレーサビリティのある基準に基づいて校正されたものであることが望ましい。外部の校正事業者の校正サービスを利用して校正しておくこともできる。校正事業者は、NITEのような審査機関の審査を受け、国際標準化機構および国際電気標準会議が定めた校正機関に関する基準(ISO/IEC 17025)の要求事項に適合していることが認定された校正事業者であることが望ましい。球体34aに代えて、円筒や直方体など他の形状の基準を用いてもよい。   The dimensions of the elements used as a reference, such as the dimensions of the sphere 34a attached to the standard device 30, the tool length and tool diameter of the reference tool, and the diameter of the tip sphere of the workpiece measurement probe, are precise coordinate measuring machines, etc. Is a known value measured in advance. The coordinate measuring machine and other devices used for the measurement are preferably calibrated based on a traceable standard with a clear calibration path. It can also be calibrated using a calibration service of an external calibration company. The calibration company has been audited by a certification body such as NITE and has been certified to meet the requirements of the standards (ISO / IEC 17025) for calibration bodies established by the International Organization for Standardization and the International Electrotechnical Commission It is desirable to be a calibration company. Instead of the sphere 34a, a reference of another shape such as a cylinder or a rectangular parallelepiped may be used.

座標読取部48は、工作機械10の機械制御装置の1つの機能であり、NC装置40のみならず、工具測定校正装置50およびワーク測定校正装置52に接続されており、後述するように、工具測定校正プロセスおよびワーク測定校正プロセスでX軸、Y軸、Z軸の各スケール22、24、26から読み込んだ座標値が座標読取部48から工具測定校正装置50およびワーク測定校正装置52にそれぞれ出力される。   The coordinate reading unit 48 is one function of the machine control device of the machine tool 10 and is connected not only to the NC device 40 but also to the tool measurement calibration device 50 and the workpiece measurement calibration device 52. Coordinate values read from the X-axis, Y-axis, and Z-axis scales 22, 24, and 26 in the measurement calibration process and workpiece measurement calibration process are output from the coordinate reading unit 48 to the tool measurement calibration device 50 and the workpiece measurement calibration device 52, respectively. Is done.

工具測定校正装置50およびワーク測定校正装置52は、差分器とメモリから形成することができる。工具測定校正装置50には、主軸14に取り付けられた基準工具やタッチプローブ18の工具長や工具径が入力装置54から正しい値として入力され、上記メモリに格納される。この基準工具またはタッチプローブ18を校正対象となる工具測定エレメント28で測定し、測定した際の測定値と正しい値との差分を校正値とする。ワーク測定校正装置52には、標準器30に取り付けられた球体34aの直径が、入力装置54から正しい値として入力され上記メモリに格納される。球体34aのX軸、Y軸方向の位置はタッチプローブ18により測定され、Z軸方向の位置は標準器30の接触検出により測定され、同様に上記メモリに格納される。球体34aの直径と位置を正しい値とすると、球体34aの表面の座標を正確に求めることができる。球体34aの表面を校正対象となるタッチプローブ18で測定し、測定値と先に定めた正しい値との差分を校正値としてワーク測定校正装置52に格納する。   The tool measurement / calibration device 50 and the workpiece measurement / calibration device 52 can be formed of a subtractor and a memory. The tool measurement / calibration device 50 receives the reference tool attached to the spindle 14 and the tool length and tool diameter of the touch probe 18 as correct values from the input device 54 and is stored in the memory. The reference tool or touch probe 18 is measured by the tool measuring element 28 to be calibrated, and the difference between the measured value and the correct value is used as the calibration value. The diameter of the sphere 34a attached to the standard device 30 is input to the workpiece measurement / calibration device 52 as a correct value from the input device 54 and stored in the memory. The position of the sphere 34a in the X-axis and Y-axis directions is measured by the touch probe 18, and the position in the Z-axis direction is measured by contact detection of the standard device 30, and is similarly stored in the memory. When the diameter and position of the sphere 34a are set to correct values, the coordinates of the surface of the sphere 34a can be accurately obtained. The surface of the sphere 34a is measured with the touch probe 18 to be calibrated, and the difference between the measured value and the correct value previously determined is stored in the workpiece measurement / calibration apparatus 52 as a calibrated value.

入力装置54は、工作機械10の制御パネル(図示せず)に取り付けられているキーボード(図示せず)やタッチパネル(図示せず)から形成することができる。工具測定校正装置50およびワーク測定校正装置52における校正結果は、それぞれ工具測定装置56およびワーク測定装置66に出力される。   The input device 54 can be formed from a keyboard (not shown) or a touch panel (not shown) attached to a control panel (not shown) of the machine tool 10. The calibration results in the tool measurement calibration device 50 and the workpiece measurement calibration device 52 are output to the tool measurement device 56 and the workpiece measurement device 66, respectively.

図2を参照すると、工具測定装置56は、工具測定校正装置50における校正結果を記憶する記憶部58を具備している。工具測定装置56は、工作機械10の主軸14の先端部に工具ホルダ16を介して装着されている工具Tを、X軸、Y軸、Z軸の送り装置によってテーブル20に対して相対移動させる。工具Tが工具測定エレメント28のレーザ光線28aを横切ると、工具測定エレメント28から光線遮断信号が受信機44に出力される。   Referring to FIG. 2, the tool measurement device 56 includes a storage unit 58 that stores a calibration result in the tool measurement calibration device 50. The tool measuring device 56 moves the tool T mounted on the tip end portion of the main spindle 14 of the machine tool 10 via the tool holder 16 relative to the table 20 by an X-axis, Y-axis, and Z-axis feeding device. . When the tool T crosses the laser beam 28 a of the tool measuring element 28, a light blocking signal is output from the tool measuring element 28 to the receiver 44.

受信機44は光線遮断信号を受信すると、座標読取部48にスキップ信号を出力する。座標読取部48は、受信機44からのスキップ信号を受信したときのX軸、Y軸、Z軸の各スケール22、24、26からX軸、Y軸、Z軸の座標値を読み取る。読み取ったX軸、Y軸、Z軸の座標値は、加算器60において記憶部58に格納されている工具測定校正装置50における校正結果を加えることによって補正される。補正されたX軸、Y軸、Z軸の座標値が演算部62に出力され、演算部62において工具Tの工具長および工具径が演算される。演算部62における演算結果はNC装置40に出力され、測定された工具Tの工具長および工具径に基づいてX軸、Y軸、Z軸の送り装置が補正制御される。   When the receiver 44 receives the light blocking signal, it outputs a skip signal to the coordinate reading unit 48. The coordinate reading unit 48 reads the X-axis, Y-axis, and Z-axis coordinate values from the X-axis, Y-axis, and Z-axis scales 22, 24, and 26 when the skip signal is received from the receiver 44. The read X-axis, Y-axis, and Z-axis coordinate values are corrected by adding the calibration result in the tool measurement / calibration apparatus 50 stored in the storage unit 58 in the adder 60. The corrected coordinate values of the X axis, the Y axis, and the Z axis are output to the calculation unit 62, and the calculation unit 62 calculates the tool length and the tool diameter of the tool T. The calculation result in the calculation unit 62 is output to the NC device 40, and the X-axis, Y-axis, and Z-axis feeding devices are corrected and controlled based on the measured tool length and tool diameter of the tool T.

図3を参照すると、ワーク測定装置66は、ワーク測定校正装置52における校正結果を記憶する記憶部68を具備している。ワーク測定装置66は、工作機械10のテーブル20に固定されている主軸14の先端部に工具ホルダ16を介して装着されているタッチプローブ18を、X軸、Y軸、Z軸の送り装置によって、テーブル20に対して相対移動させる。タッチプローブ18の接触子18aがテーブル20に固定されているワークWに接触すると、タッチプローブ18からタッチ信号が出力される。   Referring to FIG. 3, the workpiece measurement device 66 includes a storage unit 68 that stores the calibration result in the workpiece measurement calibration device 52. The workpiece measuring device 66 is configured to attach a touch probe 18 mounted on the tip of the spindle 14 fixed to the table 20 of the machine tool 10 via a tool holder 16 by using an X-axis, Y-axis, and Z-axis feeding device. , Relative to the table 20. When the contact 18 a of the touch probe 18 contacts the work W fixed to the table 20, a touch signal is output from the touch probe 18.

受信機46はタッチ信号を受信すると、座標読取部48にスキップ信号を出力する。座標読取部48は、受信機46からのスキップ信号を受信したときのX軸、Y軸、Z軸の各スケール22、24、26からX軸、Y軸、Z軸の座標値を読み取る。読み取ったX軸、Y軸、Z軸の座標値は、加算器70において記憶部68に格納されているワーク測定校正装置52における校正結果を加えることによって補正される。補正されたX軸、Y軸、Z軸の座標値が演算部72に出力され、演算部72においてワークWの原点位置、X軸および/またはY軸に対するワークWの傾斜、Z軸方向のワークWの高さ等が演算される。演算部72における演算結果(ワークWの原点位置、傾斜、高さ等)はNC装置40に出力され、該演算結果に基づいてX軸、Y軸、Z軸の送り装置が補正制御される。ワーク測定エレメントは、タッチプローブ18に代えて、光学式や超音波式の非接触検出装置を用いてもよい。   When receiving the touch signal, the receiver 46 outputs a skip signal to the coordinate reading unit 48. The coordinate reading unit 48 reads the X-axis, Y-axis, and Z-axis coordinate values from the X-axis, Y-axis, and Z-axis scales 22, 24, and 26 when the skip signal is received from the receiver 46. The read X-axis, Y-axis, and Z-axis coordinate values are corrected by adding the calibration result in the work measurement calibration device 52 stored in the storage unit 68 in the adder 70. The corrected X-axis, Y-axis, and Z-axis coordinate values are output to the calculation unit 72, and the calculation unit 72 causes the origin position of the workpiece W, the inclination of the workpiece W relative to the X-axis and / or Y-axis, and the workpiece in the Z-axis direction. The height of W and the like are calculated. Calculation results (the origin position, inclination, height, etc. of the workpiece W) in the calculation unit 72 are output to the NC device 40, and X-axis, Y-axis, and Z-axis feeding devices are corrected and controlled based on the calculation results. Instead of the touch probe 18, an optical or ultrasonic non-contact detection device may be used as the workpiece measurement element.

以下、本発明の工具測定装置およびワーク測定装置の校正方法を一層詳細に説明する。
まず、主軸14の先端部に工具ホルダ16を介して基準工具を装着する。基準工具の工具長と工具径は既知であり、値が工具測定校正装置50に入力されている。基準工具先端の位置は、主軸14が持つ基準の位置であるゲージラインに対して既知の工具長の値を加味することによって定めることができる。また、工具長と工具径が既知であり、測定による変形が問題にならないならば、ワーク測定エレメントのタッチプローブ18を基準工具として用いてもよい。こうすることによって、主軸14に基準工具を取り付ける手間が省け、校正時間が短縮できる。
Hereinafter, the calibration method for the tool measuring apparatus and the workpiece measuring apparatus according to the present invention will be described in more detail.
First, the reference tool is mounted on the tip of the spindle 14 via the tool holder 16. The tool length and tool diameter of the reference tool are known, and values are input to the tool measurement / calibration apparatus 50. The position of the reference tool tip can be determined by adding a known tool length value to the gauge line which is the reference position of the spindle 14. In addition, if the tool length and the tool diameter are known and deformation due to measurement does not become a problem, the touch probe 18 of the workpiece measuring element may be used as a reference tool. By doing so, the labor for attaching the reference tool to the spindle 14 can be saved, and the calibration time can be shortened.

次に、基準工具もしくはタッチプローブ18の測定対象のZ軸方向先端の位置と、工具径を工具測定エレメント28を用いて測定する。工具径について詳細には、X軸方向に照射されるレーザ光線28aに対してY軸に沿って、例えば正方向から測定対象を接近させ、測定対象がレーザ光線28aを遮ったときのY軸の座標値が座標読取部48によって読み取られる。更に、測定対象を負の方向から接近させ、測定対象がレーザ光線28aを遮ったときのY軸の座標値を座標読取部48によって読み取り、2つの座標値の差分を工具径とすることができる。工具径の測定値を入力された既知の工具径と比較し、その差分を工具径の校正値として工具測定校正装置50に記憶する。この作業は、Y軸方向に照射されるレーザ光線28aに対してX軸方向から行うこともできる。   Next, the position of the tip of the reference tool or touch probe 18 to be measured in the Z-axis direction and the tool diameter are measured using the tool measuring element 28. For details of the tool diameter, the Y-axis of the laser beam 28a irradiated in the X-axis direction along the Y-axis, for example, when the measurement object is approached from the positive direction and the measurement object blocks the laser beam 28a. The coordinate value is read by the coordinate reading unit 48. Furthermore, the coordinate reading unit 48 reads the coordinate value of the Y axis when the measurement object is approached from the negative direction and the measurement object blocks the laser beam 28a, and the difference between the two coordinate values can be used as the tool diameter. . The measured value of the tool diameter is compared with the input known tool diameter, and the difference is stored in the tool measurement / calibration apparatus 50 as the calibration value of the tool diameter. This operation can also be performed from the X-axis direction with respect to the laser beam 28a irradiated in the Y-axis direction.

測定対象のZ軸方向の位置について詳細には、レーザ光線28aに対して、Z軸方向から測定対象を接近させ、測定対象がレーザ光線28aを遮ったときの位置の座標を座標読取部48により読み取ることで実施できる。測定した先端位置と工具径を既知である工具の位置や工具径と比較し、その差分を校正値として記憶部58に格納する。   The position of the measurement target in the Z-axis direction is described in detail. The coordinate reading unit 48 determines the coordinates of the position when the measurement target approaches the laser beam 28a from the Z-axis direction and the measurement target blocks the laser beam 28a. This can be done by reading. The measured tip position and tool diameter are compared with known tool positions and tool diameters, and the difference is stored in the storage unit 58 as a calibration value.

次に、テーブル20の上に設置されている標準器30の球体34aの正確な径をワーク測定校正装置52に入力する。また、ワーク測定用のタッチプローブ18を主軸14に取り付ける。タッチプローブ18の既知の工具長と工具径とを工具測定装置の校正に用いていない場合、タッチプローブ18を工具測定エレメント28により測定し、工具長と工具径とをワーク測定校正装置52に入力する。タッチプローブ18の既知の工具長と工具径とを工具測定装置の校正に用いている場合は、その工具長と工具径をワーク測定校正装置52に入力する。   Next, an accurate diameter of the sphere 34 a of the standard device 30 installed on the table 20 is input to the workpiece measurement calibration device 52. A touch probe 18 for workpiece measurement is attached to the spindle 14. When the known tool length and tool diameter of the touch probe 18 are not used for calibration of the tool measuring device, the touch probe 18 is measured by the tool measuring element 28 and the tool length and tool diameter are input to the workpiece measuring and calibrating device 52. To do. When the known tool length and tool diameter of the touch probe 18 are used for calibration of the tool measuring device, the tool length and tool diameter are input to the workpiece measuring and calibrating device 52.

次に、標準器30に取り付けた球体34aにタッチプローブ18をZ軸方向から接触させ、標準器30の接触センサ36により接触を検出する。この接触において、タッチプローブ18の長さは、工具測定装置の校正を行った際の長さと同一であることが望ましい。また、標準器30は接触力により変形しないことが望ましい。この両者が成り立つ場合、工具測定エレメント28が工具を測定するZ軸方向の位置と、球体34aのZ軸方向の基準点は、タッチプローブ18の先端という同一点により、その相対位置が工作機械10のZ軸方向のスケール26により特定される。接触を検出した位置の座標を座標読取部48により読み取って、タッチプローブ18の工具長を加味してZ軸方向の基準面の座標値とし、ワーク測定校正装置52に記憶させる。   Next, the touch probe 18 is brought into contact with the sphere 34 a attached to the standard device 30 from the Z-axis direction, and contact is detected by the contact sensor 36 of the standard device 30. In this contact, the length of the touch probe 18 is desirably the same as the length when the tool measuring apparatus is calibrated. Further, it is desirable that the standard device 30 is not deformed by contact force. When both of these hold, the Z-axis direction position where the tool measuring element 28 measures the tool and the Z-axis direction reference point of the sphere 34a are the same point as the tip of the touch probe 18, and the relative position thereof is determined by the machine tool 10. Is specified by the scale 26 in the Z-axis direction. The coordinates of the position where the contact is detected are read by the coordinate reading unit 48, and the coordinate value of the reference surface in the Z-axis direction is taken into account by taking into account the tool length of the touch probe 18, and stored in the workpiece measurement / calibration device 52.

接触検出時の力について補足する。標準器30はレーザ光線のような非接触式の工具測定エレメント28と同時に用いる場合、工具測定エレメント28側の接触力が0(零)であるため、可能な限り0に近い接触力で必要とする測定精度より小さい変形量となるように接触を検出する必要がある。また、工具測定エレメント28が接触式である場合、標準器30の接触検出は工具測定エレメント28の接触力に近い接触力で接触を検出させることが望ましい。これは、工具測定エレメント28の接触力によるタッチプローブ18の変形を加味した上で、球体34a上のZ軸方向基準点を定めるためである。これも、接触センサ36が接触信号を出力する接触力の大きさを変更可能にする望ましい理由である。   It supplements about the force at the time of contact detection. When the standard device 30 is used simultaneously with a non-contact type tool measuring element 28 such as a laser beam, the contact force on the tool measuring element 28 side is 0 (zero). It is necessary to detect contact so that the deformation amount is smaller than the measurement accuracy. Further, when the tool measuring element 28 is a contact type, it is desirable that the contact detection of the standard device 30 is to detect the contact with a contact force close to the contact force of the tool measuring element 28. This is because the Z-axis direction reference point on the sphere 34a is determined in consideration of deformation of the touch probe 18 due to the contact force of the tool measuring element 28. This is also a desirable reason that the contact sensor 36 can change the magnitude of the contact force that outputs the contact signal.

次に、球体34aにタッチプローブ18をX軸方向の何れか一方向から接触させ、接触を検出し、接触した座標を座標読取部48により読み取る。この場合の接触の検出は、標準器30の接触センサ36を用いてもよく、タッチプローブ18のセンサを用いてもよい。更に、タッチプローブ18を主軸14を用いて180°回転させ、停止させる。その後、X軸方向の先ほどとは反対方向から、球体34aにタッチプローブ18を接触させ、同様に接触点の座標を読み取る。読み取った2つの座標の中心をX軸方向の球体34aの中心とし、ワーク測定校正装置52に記憶させる。この作業をY軸方向にも行う。こうして、球体34aのX軸、Y軸方向の中心座標がワーク測定校正装置52に記憶される。   Next, the touch probe 18 is brought into contact with the sphere 34 a from any one direction in the X-axis direction, the contact is detected, and the coordinate read by the coordinate reading unit 48 is read. In this case, the contact detection may be performed using the contact sensor 36 of the standard device 30 or the sensor of the touch probe 18. Further, the touch probe 18 is rotated by 180 ° using the main shaft 14 and stopped. Thereafter, the touch probe 18 is brought into contact with the sphere 34a from the opposite direction to the previous direction in the X-axis direction, and the coordinates of the contact point are similarly read. The center of the read two coordinates is set as the center of the sphere 34a in the X-axis direction, and is stored in the workpiece measurement / calibration device 52. This operation is also performed in the Y-axis direction. Thus, the center coordinates of the sphere 34a in the X-axis and Y-axis directions are stored in the workpiece measurement / calibration device 52.

以上の作業により、ワーク測定校正装置52には標準器30の球体34aについて、その中心のX軸、Y軸、Z軸方向の座標と正確な直径が格納されている。これにより、球体34aの表面は、その座標を正確に定めることができる。次に、ワークを測定する際に必要とする方向から球体34aに対してタッチプローブ18を接触させ、タッチプローブ18のセンサにより接触を検出し、接触した際の座標を座標読取部48で読み取り、測定結果とする。測定結果と先に得られた正しい値とを比較してその差分を校正値とし、ワーク測定校正装置52に格納する。一般的には、X軸、Y軸、Z軸方向から測定し、その校正値を得ることが多い。得られた校正値をワーク測定校正装置52に保存する。以上の一連の作業はNCプログラム42により自動的に実行することができる。   With the above operation, the workpiece measurement / calibration device 52 stores the coordinates and accurate diameters in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of the sphere 34a of the standard device 30. Thus, the coordinates of the surface of the sphere 34a can be accurately determined. Next, the touch probe 18 is brought into contact with the sphere 34a from the direction required for measuring the workpiece, the contact is detected by the sensor of the touch probe 18, and the coordinates at the time of contact are read by the coordinate reading unit 48. The measurement result. The measurement result is compared with the correct value obtained previously, and the difference is used as a calibration value, which is stored in the workpiece measurement calibration device 52. Generally, the calibration value is often obtained by measuring from the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. The obtained calibration value is stored in the workpiece measurement calibration device 52. The above series of operations can be automatically executed by the NC program 42.

10 工作機械
14 主軸
18 タッチプローブ
20 テーブル
22 X軸スケール
24 Y軸スケール
26 Z軸スケール
30 標準器
30a 球体
32 ベースプレート
34 支柱
36 接触センサ
48 座標読取部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Machine tool 14 Spindle 18 Touch probe 20 Table 22 X-axis scale 24 Y-axis scale 26 Z-axis scale 30 Standard 30a Sphere 32 Base plate 34 Prop 36 Contact sensor 48 Coordinate reading part

Claims (2)

NC装置によって制御される工作機械のテーブルに取り付けられ、工具の寸法を測定するための工具測定エレメントと、工作機械の主軸に取り付けられ、テーブルに取り付けられたワークの寸法を測定するためのワーク測定エレメントとを有した工作機械の工具測定装置およびワーク測定装置を校正するときに共通に用いる標準器において、
テーブルに固定されるベースプレートと、
該ベースプレートに取り付けられ、工作機械の主軸に取り付けられた基準工具またはワーク測定エレメントと接触し、接触の基準となる基準要素と、
前記基準工具または前記ワーク測定エレメントと前記基準要素とが接触したとき、前記ベースプレートに対する前記基準要素の変形が要求する測定精度以下の変形量で両者の接触を検出し、接触信号を工作機械の送り軸の座標を読み取る座標読取部に出力する接触センサと、
を具備することを特徴とした標準器。
A tool measuring element for measuring the size of a tool mounted on a table of a machine tool controlled by an NC device, and a workpiece measurement for measuring the size of a workpiece mounted on a spindle of a machine tool and mounted on the table In a standard device commonly used when calibrating a tool measuring device and a workpiece measuring device of a machine tool having an element,
A base plate fixed to the table;
A reference element attached to the base plate and in contact with a reference tool or workpiece measuring element attached to a spindle of a machine tool, and serving as a reference for contact;
When the reference tool or the workpiece measuring element comes into contact with the reference element, the contact between the reference tool and the workpiece is detected with a deformation amount less than the measurement accuracy required for the deformation of the reference element with respect to the base plate, and a contact signal is sent to the machine tool. A contact sensor that outputs a coordinate reading unit that reads the coordinates of the axis;
A standard device characterized by comprising:
前記接触センサは、接触力を検出する力センサであり、前記座標読取部に接触信号を出力する接触力の大きさを変更可能な請求項1に記載の標準器。   The standard device according to claim 1, wherein the contact sensor is a force sensor that detects a contact force, and can change a magnitude of a contact force that outputs a contact signal to the coordinate reading unit.
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