JPH0579128B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は工作機械のテーブルに載置されるワー
クの長さや巾寸法を自動的に計測する工作機械の
ワーク寸法計測装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、工作機械のテーブルに載置されたワーク
の長さや巾寸法を計測する場合には、予め計測し
ようとするワークの寸法を事前に検討し、個々の
ワークに対して専用的な計測プラグラムを作成し
て自動計測が行なわれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のワーク寸法自動計測で
は、ワークの種類や寸法が異なると、ワーク計測
用のプログラムを前以つて作成しなければならな
い為、ワークを計測する為の準備時間、特にプロ
グラム作成時間が相当がかかると共に、トータル
な段取り作業としても非常に時間を要するという
問題があつた。

本発明の目的は上記事情に鑑み問題を解決する
ために提案されたものであつて、ワークの種類や
寸法が異なつても汎用的に使用できる計測プログ
ラムを有する工作機械のワーク寸法計測装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段と作用〕

本発明は従来から知られている工作機械のワー
ク寸法計測装置の改良であつて、その具体的な手
段は、工作機械の主軸に装着され、この主軸に対
して主軸軸線方向および主軸軸線方向と直交する
２軸方向に相対移動可能なワークにプローブが接
触したときに接触信号を出力するタツチセンサ
と、このタツチセンサにより前記ワークの寸法計
測を行う際、前記２軸方向の移動方向の順序デー
タを予め設定しておく計測設定メモリと、前記タ
ツチセンサにより前記ワークの寸法計測を行う
際、前記タツチセンサをスタート指令起動点から
前記ワーク上方に相対移動後、前記主軸軸線方向
に相対移動させ、前記ワーク上面に前記タツチセ
ンサのプローブが接触して接触信号を出力したと
き、この相対移動を停止させるとともに計測移動
指令を出力するＺ軸アプローチ動作プログラムが
記憶される第１の計測動作プラグラム・メモリ
と、前記計測移動指令出力点より前記計測設定メ
モリに記憶された移動方向の順序データに基づ
き、前記タツチセンサのプローブが前記ワーク上
面に接触しながら相対移動し、前記プローブがワ
ーク上面と離反し、接触信号が出力されなくなつ
たとき、前記相対移動を停止させるとともに側面
計測動作指令を出力する計測移動プログラムが記
憶される第２の計測動作プログラム・メモリと、
前記側面計測動作指令出力点より前記計測設定メ
モリに記憶された移動方向の順序データの基づ
き、前記ワークの所定の深さ位置の端面位置を計
測する計測動作の移動経路である側面動作プラグ
ラムが記憶される第３の計測動作プログラム・メ
モリと、前記タツチセンサが前記側面動作プログ
ラム実行中に接触信号を出力したときの前記タツ
チセンサと前記ワークとの相対移動位置の座標値
を読み取る座標値計測手段と、この座標値計測手
段によつて得られた移動軸毎に対向する端面の座
標値に基づいて前記ワークの寸法を演算するワー
ク寸法演算手段と、このワーク寸法演算手段によ
つて得られたワーク寸法を記憶するワーク寸法デ
ータ・メモリと、前記各メモリおよび前記各手段
を統轄制御するとともに、前記計測設定メモリの
移動方向の順序データの全部が終了するまで前記
計測移動プログラムと前記側面動作プログラムの
動作を繰り返すように制御する中央処理装置とか
ら構成される。

而して、本発明の装置を用いると、ワークの種
類や寸法が変化しても、その都度ワーク計測用プ
ログラムを専用に作成することなく、汎用のワー
ク計測用プログラムで対応できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施態様を図面に基づいて説
明する。

(1) まず、本発明の装置が適用される工作機械に
ついて説明する。

第４は工作機械の一例である堅形マシニング
センタの正面図である。

第４図においてベツド１００上に図中Ｙ軸方
向に移動可能なサドル１０１が載置され、該サ
ドル１０１上にはＸ軸方向に移動可能なテーブ
ル１０２が載置される。

ベツド１００後方上にはコラム１０３が立設
され、該コラム１０３前面にはＺ軸方向に移動
可能な主軸ヘツド１０４が設けられる。

コラム１０３の左側面には工具貯蔵マガジン
１０５が配設され、複数の工具Ｔが収納されて
いる。主軸ヘヅド１０４には主軸１０６が回転
自在に軸承される。

主軸１０６と工具貯蔵マガジン１０５の間に
は自動工具交換装置１０７が取付けられ、該自
動工具交換装置１０７で主軸１０６に挿着され
た加工済工具と工具貯蔵マガジン１０５に収納
された次加工用工具とが自動変換されたり、計
測時には加工済工具とタツチセンサTsが自動
交換される。

第４図では、タツチセンサTsが主軸１０６
に挿着され、該タツチセンサTsの先端部であ
るプローブがテーブル１０２上に載置されたワ
ークＷに導体接触する状態を示す。タツチセン
サTsはワークＷに接触した瞬間、マニシング
センサに閉ループを形成して検知信号を発し、
その時の座標値を取込む。タツチセンサTsは、
接触時プローブがＸ、Ｙ、Ｚの各軸に適宜な
量、リトラクトする機構を有する。

(2) 本発明の基本的考え方について説明する。第
２図はワークＷの長さXwと巾Ywを計測しよ
うとする場合の説明図で、ワークＷは平面図で
ある。最終的には、従来もそうであるようにタ
ツチセンサTsによつて、ワークＷの両側面を
検出し、 Xw＝X₁−X₂ Yw＝Y₁−Y₂ でワーク寸法を求める。X₁、X₂、Y₁、Y₂は機
械原点_Mからの座標値である。従来との決定
的な相違は、タツチセンサTsをワーク毎の専
用計測動作プログラムで動作させるのではな
く、汎用の計測動作プログラムによつて各ワー
クに対応する方式にする点である。第３図Ａ〜
Ｈは第２図に示したワークＷの正面図で、ワー
クＷの長さXwを自動計測する各段階の状態を
示すものである。

なお、第２図におけるワークＷの長さXwお
よび巾Ywを本発明の装置で自動計測する場
合、ワークＷの長さXwおよび巾Ywを自動計
測する要領は全く同じであるので長さXwの自
動計測についてのみ説明する。

まず、第３図Ａにおいて、主軸１０６に挿着
されたタツチセンサTsを機械原点_Mからワー
クＷに向けてアプローチ（移動）せしめ、テー
ブル１０２に載置されたワークＷのほぼ中央付
近に接触させ、そのタツチ信号によつて移動を
停止させる。また、タツチセンサTsの先端部
であるプローブ（直径ｄ）がワークＷ上面に接
触した時、NO信号を得る。

ON信号が発せられると、ON信号を保持し
た状態で第３図Ｂに示す如く、例えばタツチセ
ンサTsをＸ軸を＋方向へ移動し、タツチセン
サTsのプローブがワークＷの右側端肩部から
離れた瞬間のOFF信号を得る。

OFF信号によつてタツチセンサTsを第３図
Ｃに示す如く、移動両＋Xa、−Za、−Xaの順に
移動する動作を行ない、タツチセンサTsのプ
ローブをワークＷの右側面に接触させ、ON信
号を得る。その時、タツチセンサTsのプロー
ブの中心と機械原点_M間の第１の座標値X₁を
読み取る。

次に、第３図Ｄに示す如く、タツチセンサ
Tsを移動量＋Zaで移動せしめ、プローブをワ
ークＷの右側端肩部に位置せしめる。

そして、第３図Ｅに示す如く、タツチセンサ
TsのプローブがワークＷ上面に接触保持した
状態でタツチセンサTsをＸ軸の一方向へ移動
せしめる。タツチセンサTsが移動してワーク
Ｗの左側端肩部から離れた瞬間にOFF信号を
得る。

OFF信号によつてタツチセンサTsを第３図
Ｆに示す如く移動量−Xa、−Za、＋Xaの順に移
動する動作を行ない、タツチセンサTsをプロ
ーブをワークＷの左側面に接触させ、ON信号
を得る。その時、タツチサンセTsのプローブ
の中心の機械原点_M間の第２の座標値X₂を読
み取る。

座標値X₂と、すでに読み取つた距離座標値
X₁およびプローブ径ｄから、Xw＝X₁−X₂−
ｄの演算処理を施してワークＷを長さXwを求
める。

次に、第３図Ｇに示す如く、タツチセンサ
Tsを移動量＋Zaで移動せしめ、プローブをワ
ークＷの右側端肩部に位置せしめる。そして、
第３図Ｈに示す如くタツチセンサTsを機械原
点_Mへ戻す移動動作（原点復帰動作）が行な
われる。ワークＷの巾寸法Ywも同様に自動計
測されYw＝Y₁−Y₂−ｄの演算処理によつて
求められる。

本発明のワーク寸法計測装置は、従来のよう
に計測するワークＷの設計寸法を正確に把握し
て個々の計測動作プログラムを作成する必要が
なく、タツチセンサTsをワークＷのほぼ中央
付近にアプローチせしめるだけで自動的にワー
クＷの長さや巾寸法を汎用的に計測する。

(3) 次に本発明の具体的な構成について説明す
る。

第１図は本発明の構成を示す制御ブロツク図
である。第１図において、CPU１に画面付キ
ーボード２から入出力回路２ａを会して計測動
作プログラム等の種々なデータが入出力され
る。工作機械は補間器兼位置制御回路３ａ、ア
ンプ３ｂを介して各Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のサーボモー
タ３によりＸ、Ｙ、Ｚ軸に移動制御される。サ
ーボモータ３は各軸の機械原点_Mからの座標
値データを常時送出し、特にＸ、Ｙ座標値は座
標値レジスタ１０に取込まれる。

CPU１はインターフエイス４を介して主軸
１０６に挿着されたタツチセンサTsの接触時
のON、OFF信号を得る。さらに、初期設定の
データとして、計測すべき移動軸のデータＸあ
るいはＹ、および計測時の最初に移動する方向
＋あるいは−を予め計測設定メモリ５にマニユ
アル入力しておく。自動計測時には、順次項
が終了したら項へ移行し、それぞれ軸レジス
タ５ａ、方向レジスタ５ｂへデータが送られ
る。計測動作プログラム・メモリ６は各機構毎
にプログラムが起動する構成であり、タツチセ
ンサTsをワークＷ上面の中央へアプローチせ
しめるＺ軸アプローチ動作プログラム６ａ（第
３図Ａの動作）、タツチセンサTsをＸ軸の＋、
あるいは−方向、Ｙ軸の＋、あるいは−方向に
移動させる計測移動プログラム６ｂ（第３図Ｂ，
Ｅの動作）、ワークＷ側面に接触動作せしめる
Ｘ軸＋側あるいは−側、Ｙ軸＋側あるいは−側
の側面動作プログラム６ｃ（第３図Ｃ，Ｄ，Ｆ，
Ｇの動作）、タツチセンサTsを機械原点へ復帰
せしめる原点移動プログラム６ｄ（第３図Ｈの
動作）が記憶されている。前記計測設定メモリ
５に入力されているデータ（軸、方向）は、計
測移動プログラム６ｂ内、および側面動作プロ
グラム６ｃ内で軸別、方向別にプログラム選択
するものである。

本発明の装置を動作せしめると、スタート信
号STにより計測動作プログラム・メモリ６の
Ｚ軸アプローチ動作プログラム６ａが作動す
る。そしてＺ軸アプローチ動作時の信号がアン
ド・ゲート７に取り込まれる。Ｚ軸アプローチ
動作プログラム６ａによりタツチセンタTsが
移動し、ワークＷの上面中央に接触するとON
信号が得られる。ON信号がアンド・ゲート７
に取り込まれることにより計測移動指令を発す
る。計測移動指令は計測動作プログラム・メモ
リ６中の計測移動プログラム６ｂを起動する。
すでに計測設定メモリ５に入力されているデー
タによつて設定された軸、方向データにより、
例えば、実施例（第３図）ではＸ軸＋方向計測
移動プログラムが起動される。タツチセンサ
TsのプローブがＸ軸＋方向へ移動すると、計
測移動時の信号がアンド・ゲート８に取り込ま
れる。プローブがワークＷの側端肩部より離れ
るとOFF信号が得られる。OFF信号がアン
ド・ゲート８に取り込まれることにより側面タ
ツチ動作指令を発する。側面タツチ動作指令は
計測動作プログラム・メモリ６中の側面動作プ
ログラム６ｃを起動する。そでに計測設定デー
タによつて設定された軸、方向データにより、
例えば実施例（第３図）では、Ｘ軸＋側側面動
作プログラムが起動される。そして第３図Ｃに
示す如く、プローブがワークＷの右側面に接触
する。

また、側面動作時の信号はアンド・ゲート９
に取り込まれており、該タツチ信号（ON）に
よりプローブの座標値Ｘ、Ｙがレジスタ１０か
らアンド・ゲート９を通過し、レジスタ１１に
座標値X₁、Y₁として記憶される。なお、この
時、レジスタ１２のセツト・メモリ１３からセ
ツト信号が発せられてないことを条件とする。
また、レジスタ１１にデータがセツトされた
時、セツト・メモリ１４にビツト信号１をたて
る。

該セツト信号、タツチセンサON信号、およ
び側面タツチ動作信号によつて、方向レジスタ
５ｂの方向データがアンド・ゲート１５を通過
し方向変換回路１６に取り込まれ、例えば実施
例では＋か−に変換されたデータが出力され
る。

変換データはアオ・ゲート２２に取り込ま
れ、次に起動される計測移動プログラム６ｂお
よび側面動作プログラム６ｃの選択設定データ
となる。

また、前記セツト・メモリのセツト信号、タ
ツチセンサ、ON信号はアンド・ゲート１８に
も取り込まれ、側面動作プログラムのエンド信
号により第２の計測点への計測移動指令が発せ
られる。なおこの時、レジスタ１２のセツト・
メモリ１３からセツト信号が発せられてないこ
とを条件とする。

すでに変換データにより方向を＋から−に設
定されている為、Ｘ軸−方向計測移動プログラ
ム６ｂが起動し、プローブはＸ軸−方向へ移動
してワークＷの左側端肩部より離れた瞬間の
OFF信号が得られるまで移動する。また、計
測移動指令はセツト・メモリ１９にも取込ま
れ、該セツト信号はアンド・ゲート２０に取込
まれる。Ｘ軸−方向の計測移動動作中にタツチ
センサのOFF信号が発せられると再びアン
ド・ゲート８から側面タツチ動作指令が出力さ
れる。

側面タツチ動作指令により側面動作プログラ
ム６ｃ内のＸ軸−側側面動作プログラムが起動
し、プローブがワークＷの左側面に接触する。

プローブがワークＷ側面に接触すると、側面
タツチ動作時のタツチセンサTsのON信号が得
られるので、前記のセツト・メモリ１９からの
信号と共にアンド・ゲート２０を開き、レジス
タ１０からの座標値Ｘ、Ｙを通過させる。座標
値Ｘ、Ｙはレジスタ１２に座標値X₂、Y₂とし
て一時記憶される。また、データはセツト・メ
モリ１３に取り込まれ、セツト信号を発する。

而して、レジスタ１１の座標値X₁、Y₁およ
びレジスタ１２の座標値X₂、Y₂が演算回路２
１に取り込まれる。

また、予め設定されたタツチセンサTsのプ
ローブ径ｄがレジスタ２３から取込まれ、前記
演算回路２１はXw＝X₁−X₂−ｄおよびYw＝
Y₁−Y₂−ｄの演算処理がなされる。演算処理
されたXw、Ywの値は、ワーク寸法データ・
メモリ１７に記憶される。

Ｘ軸側−側側面動作プログラムのエンド信号
と前記セツト・メモリ１３のセツト信号により
アンド・ゲート２４から原点移動指令が出力さ
れる。

原点移動指令により計測動作プログラム・メ
モリ６の原点移動プログラム６ｄが起動し、タ
ツチセンタTsは機械原点まで移動する。

本発明の動作を第５図のフローチヤートに基
づいて説明する。

第５図において、本発明の装置をスタートさ
せると、まず、第段でタツチセンサTsがワ
ークＷ上面中央へ移動せしめるＺ軸アプローチ
動作を行なう。第段でタツチセンサTsのプ
ローブがワークＷ上面に接触してON信号が得
られるかどうか判断される。第段でON信号
が得られると、タツチセンサTsを停止せしめ、
第段でＸ軸の計測であるか、Ｙ軸の計測であ
るかを、前記計測設定メモリのデータにより判
断される。Ｘ軸、すなわちワークＷの長さXw
を計測すると判断されると、第段でタツチセ
ンサTsをＸ軸＋方向移動であるか、Ｘ軸−方
向移動であるかを、前記計測設定メモリのデー
タにより判断される。

Ｘ軸の＋方向へ移動すると判断された場合
は、第段でＸ軸＋方向へ計測移動動作が行な
われる。計測移動動作によりタツチセンサTs
はＸ軸の＋方向へ移動しタツチセンサTsの
OFF信号が得られるまで計測移動がなされる。
第段でOFF信号が得られると、第段でタ
ツチセンサTsはＸ軸の＋方側側面タツチを行
なう。第段でプローブがワークＷ右側面に接
触すると、ON信号が得られ、第段でＸ軸の
Ｘ座標値の読み込み行ない、第段で第１計測
点である場合、第段でＸ座標値をX₁として
読み取る。Ｘ座標値の読み取りと共に、第段
で方向変換処理（＋→−）を行なう。第段で
は側面動作プログラムによりＺ軸の＋Za（第３
図Ｄ）の移動が行なわれて第段の手前にフイ
ードバツクされる。第段で再度Ｘ軸＋方向で
あるか、Ｘ軸−方向移動であるかが判断され
る。第段ではすでに第段において、方向変
換処理がなされるのでＸ軸の一方向への移動で
あることが判断されて、第段に進む。第段
でタツチセンサTsはＸ軸の一方向へ移動し、
タツチセンサTsのOFF信号が得られるまで計
測移動がなされる。第段でOFF信号が得ら
れると、第段でタツチセンサTsはＸ軸の−
側側面タツチ動作を行なう。第段でプローブ
がワーク左側面に接触すると、ON信号が得ら
れ、第段でＸ軸のＸ座標値の読み込みを行な
い、第段で第２計測点である場合、第段で
Ｘ座標値をX₂として読み取る。

Ｘ座標値の読み取りと共に、第段でプロー
ブ径ｄの読み込みを行なう。第段でXw＝X₁
−X₂−ｄの演算処理が行なわれ、第段で、
求めたXwがワーク寸法データ・メモリ１７に
記憶される。

Xwのワーウ寸法データが記憶されると共
に、第段では側面動作プログラムによりＺ軸
＋Zaの移動が行なわれて第〓〓段でタツチセン
サTsを機械原点へ戻す移動動作が行なわれる。
第段で原点信号が得られると、第〓〓段で、他
の軸の計測が有るかどうかの判断がなされ、他
の軸の計測例えばＹ軸（巾Yw）の計測が有る
場合には、第段から第〓〓段に進みＹ軸の計測
動作を示したフローチヤートに基づき処理され
る。Ｙ軸の計測動作はＸ軸の計測動作と全く同
じであるから説明を省略するが、Ｘ軸の動作で
ある第段から第段までと同様の処理の後、
巾寸法Ywがワーク寸法データ・メモリ１７に
記憶される。

第〓〓段で他の軸の計測が無いと判断される
と、本装置の計測を終了する。

〔効果〕

本発明の装置は工作機械のテーブル上に載置さ
れたワークの長さや寸法が、ワークによつて変化
しても同一の計測プログラムで自動計測すること
ができ、計測プログラムの汎用化を計ることが可
能となる。従つて、ワークを計測するための準備
時間、特に計測プログラムの作成時間を大幅に短
縮でき、作業能率の向上につながる。

そしてワークが変わつても、適用出来る柔軟性
に富んだワーク寸法計測の実現ができ、FMSな
どの無人化への対応が容易となる。

また、本発明の装置は、ワーク寸法計測のみな
らず、ワーク座標系設定時にも適用できる構成で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す制御ブロツク図で
ある。第２図は長さと巾寸法を計測しようとする
ワークの平面図である。第３図Ａ〜Ｈは第２図に
示したワークの正面図でワークの長さ寸法を自動
計測する各段階の状態を示すものである。第４図
は本発明の装置が適用される工作機械の一例であ
る堅型マニシングセンタの正面図である。第５図
は本発明の動作を説明するフローチヤートであ
る。 １……CPU、２……画面付キーボード、５…
…計測設定メモリ、６……計測動作プログラム・
メモリ、１６……方向変換回路、１７……ワーク
寸法データ・メモリ、２１……演算回路、Ts…
…タツチセンサ、１０６……主軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工作機械の主軸に装着され、この主軸に対し
   て主軸軸線方向および主軸軸線方向と直交する２
   軸方向に相対移動可能なワークにプローブが接触
   したときに接触信号を出力するタツチセンサと、 このタツチセンサにより前記ワークの寸法計測
   を行う際、前記２軸方向の移動方向の順序データ
   を予め設定しておく計測設定メモリと、 前記タツチセンサにより前記ワークの寸法計測
   を行う際、前記タツチセンサをスタート指令起動
   点から前記ワーク上方に相対移動後、前記主軸軸
   線方向に相対移動させ、前記ワーク上面に前記タ
   ツチセンサのプローブが接触して接触信号を出力
   したとき、この相対移動を停止させるとともに計
   測移動指令を出力するＺ軸アプローチ動作プログ
   ラムが記憶される第１の計測動作プログラム・メ
   モリと、 前記計測移動指令出力点より前記計測設定メモ
   リに記憶された移動方向の順序データに基づき、
   前記タツチセンサのプローブが前記ワーク上面に
   接触しながら相対移動し、前記プローブがワーク
   上面と離反し、接触信号が出力されなくなつたと
   き、前記相対移動を停止させるとともに側面計測
   動作指令を出力する計測移動プログラムが記憶さ
   れる第２の計測動作プログラム・メモリと、 前記側面計測動作指令出力点により前記計測設
   定メモリに記憶された移動方向の順序データに基
   づき、前記ワークの所定の深さ位置の端面位置を
   計測する計測動作のための移動経路である側面動
   作プログラムが記憶される第３の計測動作プログ
   ラム・メモリと、 前記タツチセンサが前記側面動作プログラム実
   行中に接触信号を出力したときの前記タツチセン
   サと前記ワークとの相対移動位置の座標値を読み
   取る座標値計測手段と、 この座標値計測手段によつて得られた移動軸毎
   の対向する端面の座標値に基づいて前記ワークの
   寸法を演算するワーク寸法演算手段と、 このワーク寸法演算手段によつて得られたワー
   ク寸法を記憶するワーク寸法データ・メモリと、 前記各メモリおよび前記各手段を統轄制御する
   とともに、前記計測設定メモリの移動方向の順序
   データの全部が終了するまで前記計測移動プログ
   ラムと前記側面動作プラグラムの動作を繰り返す
   ように制御する中央処理装置とを有することを特
   徴とする工作機械のワーク寸法計測装置。