JP7282362B2 - ジオメトリ自動計測装置及びそれを備えた工作機械 - Google Patents

Description

ＮＣ制御された工作機械における切削工具の形状補正量（ジオメトリ値）の計測装置に関する。

工作機械の分野では、切削工具の刃先の座標位置をＮＣプログラム制御しているが、座標上の刃先仮想点と実際の刃先位置とには、刃先形状等に起因してずれが生じることから、それぞれの切削工具の形状補正量（ジオメトリ値）を設定する必要がある。
また、ＮＣ装置に内蔵したコンピューターの仮想空間で切削工具の加工プログラム動作をチェックし、ワーク形状や他の部品との干渉を防止することも行われている。
従来は、オペレーターが切削工具毎に刃先をタッチプローブに当てることで、ジオメトリ値を算出及び設定したり、干渉チェック用に工具形状の設定を手動で登録したりしていた。
これでは、設定にバラツキがあったり、手間がかかり生産性低下の原因になっていた。

また、ＣＣＤカメラ等にて切削工具の刃先形状を撮像し、その画像データに基づいてジオメトリ値を設定した場合には、ＣＣＤカメラから照射される光線はＣＣＤカメラ中心から放射状の広がりを有しているので、切削工具とＣＣＤカメラとの距離が異なると、検出値に差が生じる。

特許文献１には、一本の糸状の光線を用いて、工具先端の中心位置，工具径，工具長を求め補正する技術を開示するが、一本の糸状の光線では例えば、刃先のＸ軸方向の先端の検出に対して、Ｚ軸方向の先端との位置関係が不明確になるために、刃先形状全体のジオメトリ値に誤差が生じやすい技術的課題がある。

特開平１１－１３８３９２号公報

本発明は、簡単な構造でありながらジオメトリ値の計測精度が高い、自動計測装置及びそれを用いた工作機械の提供を目的とする。

本発明に係るジオメトリ自動計測装置は、複数の平行な帯状のレーザー光線の照射手段と、前記照射手段に対向したレーザー光線の受光手段とを備え、ＮＣ制御された切削工具を前記帯状のレーザー光線を遮りながら通過させることで、前記切削工具の形状をスキャンできることを特徴とする。
このように本発明においては、複数のレーザー光線からなる帯状の平行光線を用いたので、レーザー光線の照射位置と切削工具との位置関係が異なった場合にも、レーザー光線が刃先形状の接線方向に沿って遮られるので、検出誤差が生じにくい。
これにより、刃先形状の検出や干渉防止チェック用の工具形状のスキャンが容易になる。
また、前記切削工具と、当該切削工具を通過させる帯状のレーザー光線とを相対的に回転させる回転制御手段を有することで、前記切削工具の任意の方向からの形状をスキャンすることもできる。

工作機械が例えば、旋盤や複合加工機であり、切削工具の切り込み方向をＸ軸方向，ワークを回転保持した主軸の軸線方向をＺ軸方向と表現した場合には、複数の平行な帯状のレーザー光線の照射手段と、前記照射手段に対向したレーザー光線の受光手段とを備え、ＮＣ制御された切削工具の刃先を前記レーザー光線の帯状面に向けて移動させ、刃先が接触した位置を検出するためのＸ軸方向の刃先座標の検出手段と、さらに前記刃先をＸ軸方向に移動させ、前記帯状のレーザー光線を遮ることでＺ軸方向の刃先を検出するためのＺ軸方向の刃先座標検出手段とを有するようにしてもよい。

本発明に係るジオメトリ自動計測装置は、ＮＣプログラム制御により自動計測ができ、平行なレーザー光線を用いたので、刃先の形状の座標上の位置関係が明確になるために計測精度が高い。

（ａ），（ｂ）はＸ軸方向の刃先座標を検出する状態、（ｃ），（ｄ）はＺ軸方向の刃先座標を検出する例を示す。 工具形状をスキャンする例を示す。

本発明に係るジオメトリ自動計測装置を用いた旋削工具のジオメトリ値の計測例を図１にて説明する。
旋削工具の切り込み方向をＸ軸方向とし、旋削主軸線に沿った送り方向をＺ軸方向として説明する。
旋削工具は、工作機械のＮＣ装置により座標上の位置が制御されている。
計測装置は、照射手段１と受光手段２とが対向配置され、複数のレーザー光線Ｌが平行に照射されている。
それぞれのレーザー光線は、受光手段にレーザー光線毎の複数の受光素子が設けられていて、レーザー光線毎に受光の有無，受光量等がそれぞれの受光素子により検出される。
これに対して、自動で工具Ｔの刃先３をレーザー光線Ｌに向けて下降させると、Ｘ軸方向の刃先の先端がレーザー光線Ｌに触れる位置が図１（ｂ）に示すように検出され、その位置座標（α）が決定する。
この値を用いて、Ｘ軸方向のジオメトリ値（形状補正量）が設定される。
上記の位置から更に刃先３を下降させると、図１（ｃ）に示すように平行なレーザー光線Ｌが遮るように下降し、図１（ｃ）に示した基準点からの距離Ｄが変化し、変化のピーク値（センサ測長ピーク値）（β）が検出されることで、座標上の（α），（β）の差ｄ_１からＺ座標基準値の演算により、Ｚ軸方向の刃先のジオメトリ値を算出及び設定することができる。

この原理を応用して、図２に示すように工具Ｔを所定のピッチ毎に下降させて、平行なレーザー光線Ｌを通過させることで基準線Ｄ_０からの距離が変化し、工具Ｔの形状をスキャンすることができ、干渉チェック用の工具形状を設定登録することもできる。
この場合に、工具Ｔとレーザー光線Ｌの照射方向との位置を相互に回転制御可能にすることもでき、このようにすると工具Ｔの任意の方向から形状をスキャンすることもできる。

１ 照射手段
２ 受光手段
３ 刃先

Claims (1)

1. 切削工具の切り込み方向をＸ軸方向、ワークを回転保持した主軸の軸線方向をＺ軸方向とした工作機械において、複数の平行な帯状のレーザー光線の照射手段と、前記照射手段に対向したレーザー光線の受光手段とを備え、
   ＮＣ制御された切削工具の刃先を前記レーザー光線の帯状面に向けて移動させ、刃先が接触した位置を検出するためのＸ軸方向の刃先の位置座標（α）の検出手段と、
   さらに前記刃先をＸ軸方向に移動させ、前記帯状のレーザー光線を遮ることでＺ軸方向の刃先を検出するためのＺ軸方向の刃先の位置座標（β）の検出手段とを有し、
   前記位置座標（α）と（β）との差分からＺ軸方向の刃先のジオメトリ値を算出及び設定できるジオメトリ自動計測装置を有することを特徴とする工作機械。

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