JPWO2018047312A1 - ワーク測定方法 - Google Patents

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Abstract

複数の送り軸で測定子（１１４）とワーク（Ｗ）とを相対移動させ、測定子とワークが接触したときの送り軸の座標に基づいて、ワークの位置を求める工作機械（１００）上でワークを測定する方法が開示される。該方法は、複数の送り軸のうち１つの送り軸を所望の測定位置に移動させ、所望の測定位置にあるときに１つの送り軸の座標値を記憶し、１つの送り軸と他の送り軸とにより測定子とワークとを相対的に移動し、記憶した前記座標値に達したときに、１つの送り軸による移動を停止し、１つの送り軸を前記座標値に停止させた状態で、他の送り軸を用いて測定子を移動させて複数の測定点においてワークを測定する。

Description

本発明は、工作機械のテーブルに固定したワークを簡単な操作で測定可能にしたワーク測定方法に関する。
工作機械では、加工プログラムを実行してワークを加工する前に、ワークの基準位置を工作機械に設定するために機上においてワークを測定したり、加工済ワークの寸法を機上において測定することがある。そうした場合、主軸先端に測定プローブを装着して工作機械の送り軸装置を用いてワークを測定している。こうした機上においてワーク測定する方法が、特許文献１、２に記載されている。
特許文献１のＮＣ装置は、手動で送り軸装置を操作して主軸に装着したタッチプローブをワークの一端面に接触させて、該端面位置を芯出し位置として原点設定し、手動で送り軸装置を操作してタッチプローブでワーク上にある円柱状の凹部の内面または円柱状の凸部の外面を３箇所または対向している２つの端面を測定して、該凹部または凸部の中心位置を演算し、或いは、該２つの端面の中間位置を演算し、演算した中心位置または中間位置を前記芯出し位置として原点設定するようになっている。
特許文献２の工作機械では、手動で送り軸装置を操作して、測定ヘッドの測定子をワークに接触させ、そのとき測定ヘッドから送信されるスキップ信号と、送り軸の位置読取り手段が読み取った現在位置データとから、測定子が接触したときの機械座標を取得し、その機械座標を表示部の画面に表示するようになっている。
特開平０１−３０１０４２号公報 特開２００８−１１１７７０号公報
特許文献１、２に記載されているように、手動で送り軸を操作して主軸に装着した測定プローブをワーク側面の複数の測定点に接触させる場合、１つの測定点から他の測定点へ測定プローブを移動させるときに、Ｚ軸方向の高さが個々の測定点で異なることがある。測定すべきワークの側面がＺ軸に平行な形状のワークでは、実際の測定点の高さが異なっていても、Ｘ軸、Ｙ軸方向に正確にワークを測定できるが、そうでない場合、測定点の高さは一定であることが必要である。また、Ｚ軸の送り軸の真直度誤差を考慮する場合、同じＺ軸座標で測定した方がＺ軸送り軸の真直度誤差の影響を避けることができ、測定精度が向上する。然しながら、ジョグダイヤルやハンドルによる手動操作でＺ軸の位置を正確に停止させることは非常に難しく、時間の要する作業である。また、その位置に送り軸が到達したことを座標値で確認する必要がある。
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、オペレータが迅速、容易かつ正確にワークの測定を行うことができるようにした測定方法を提供することを目的としている。
上述の目的を達成するために、本発明によれば、複数の送り軸で測定子とワークとを相対移動させ、前記測定子と前記ワークが接触したときの送り軸の座標に基づいて、ワークの位置を求める工作機械上でワークを測定する方法において、前記複数の送り軸のうち１つの送り軸を所望の測定位置に移動させ、前記所望の測定位置にあるときに前記１つの送り軸の座標値を記憶し、前記１つの送り軸と他の送り軸とにより前記測定子と前記ワークとを相対的に移動し、記憶した前記座標値に達したときに、前記１つの送り軸による移動を停止し、１つの送り軸を前記座標値に停止させた状態で、他の送り軸を用いて測定子を移動させて複数の測定点においてワークを測定するワーク測定方法が提供される。
本発明によれば、加工プログラムを実行してワークを加工する前の段取り時に、或いは、加工後に、オペレータが機上においてワークを測定する際、迅速、容易かつ正確に測定子を１つの送り軸に沿ってワークに対して同じ位置に停止させることが可能となり、測定に要する時間が短縮され、かつ、測定結果の信頼性が高くなる。
本発明を適用する工作機械の一例を示す側面図である。 制御盤の斜視図である。 ジョグコンソールの平面図である。 図２の制御盤の表示部に表示される本発明の測定方法を実施するための測定ウィンドウの一例を示す図である。 図２の制御盤の表示部に表示される本発明の測定方法を実施するための測定ウィンドウの一例を示す図である。 本発明の方法を説明するフローチャートである。 本発明の方法を説明するためのワークに対する測定プローブの相対的な位置を示す略図である。 本発明の方法を説明するためのワークに対する測定プローブの相対的な位置を示す略図である。 本発明の方法を説明するためのワークに対する測定プローブの相対的な位置を示す略図である。 本発明の方法を説明するためのワークに対する測定プローブの相対的な位置を示す略図である。 本発明の方法を説明するためのワークに対する測定プローブの相対的な位置を示す略図である。 本発明の方法を説明するためのワークに対する測定プローブの相対的な位置を示す略図である。 本発明の方法を説明するためのワークに対する測定プローブの相対的な位置を示す略図である。 本発明の方法を説明するためのワークに対する測定プローブの相対的な位置を示す略図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１を参照すると、本発明を適用する工作機械の一例が示されている。図１において、本発明の好ましい実施の形態による工作機械１００は、立形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２、ベッド１０２の前方部分（図１では左側）の上面で前後方向またはＹ軸方向（図１では左右方向）に移動可能に設けられワークＷが固定されるテーブル１０６、ベッド１０２の後端側（図１では右側）で同ベッド１０２の上面に立設、固定されたコラム１０４、該コラム１０４の前面で左右方向またはＸ軸方向（図１では紙面に垂直な方向）に移動可能に設けられたＸ軸スライダ１０８、Ｘ軸スライダ１０８の前面で上下方向またはＺ軸方向に移動可能に取り付けられ主軸１１２を回転可能に支持する主軸頭１１０を具備している。工作機械１００は、また、オペレータが工作機械１００を操作するための操作盤２００を備えている。
主軸１１２の先端には、テーブル１０６に固定されたワークＷを加工する工具（図示せず）が装着される。図１では、主軸１１２の先端には、工具に代えて、ワークＷを測定するための測定子として測定プローブ１１４が装着されている。測定プローブ１１４は、工作機械１００のオペレータが手動操作によって装着したり、或いは、工作機械１００のＮＣ装置１５０によって自動的に装着するようにできる。
テーブル１０６は、ベッド１０２の上面において水平なＹ軸方向（図１の左右方向）に延設された一対のＹ軸案内レール（図示せず）に沿って往復動可能に設けられており、ベッド１０２には、テーブル１０６をＹ軸案内レールに沿って往復駆動するＹ軸送り装置として、Ｙ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＹ軸サーボモータ（図示せず）が設けられており、テーブル１０６には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。テーブル１０６には、また、テーブル１０６のＹ軸方向の座標位置を測定するＹ軸スケール１２０が取り付けられている。
Ｘ軸スライダ１０８は、コラム１０４の上方部分の前面においてＸ軸方向に延設された一対のＸ軸案内レール（図示せず）に沿って往復動可能に設けられている。コラム１０４には、Ｘ軸スライダ１０８をＸ軸案内レールに沿って往復駆動するＸ軸送り装置として、Ｘ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＸ軸サーボモータ（図示せず）が設けられており、Ｘ軸スライダ１０８には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。コラム１０４には、また、Ｘ軸スライダ１０８のＸ軸方向の座標位置を測定するＸ軸スケール１１６が取り付けられている。
主軸頭１１０は、Ｘ軸スライダ１０８の前面においてＺ軸方向（図１では上下方向）に延設された一対のＺ軸案内レールに沿って往復動可能に設けられている。Ｘ軸スライダ１０８には、主軸頭１１０をＺ軸案内レールに沿って往復駆動するＺ軸送り装置として、Ｚ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）と、該ボールねじの一端に連結されたＺ軸サーボモータ（図示せず）が設けられており、主軸頭１１０には、前記ボールねじに係合するナット（図示せず）が取り付けられている。Ｘ軸スライダ１０８には、また、主軸頭１１０のＺ軸方向の座標位置を測定するＺ軸スケール１１８が取り付けられている。
Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータおよびＸ軸スケール１１６、Ｙ軸スケール１１８、Ｚ軸スケール１２０は、工作機械１００を制御するＮＣ装置１５０（図４）に接続されている。測定プローブ１１４は、ワークと接触したときに、ＮＣ装置１５０に信号を送信する。ＮＣ装置１５０によって、Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータへ供給される電力（電流値）が制御される。
図２、３を参照して、操作盤２００を説明する。操作盤２００は、画面を接触することにより所望の部分の選択が可能なタッチパネルのような表示パネル２０２と、キー入力部２０４を含む。キー入力部２０４には、複数のキースイッチが配置されている。キー入力部２０４のキースイッチを押すことにより、所定の数字や文字を入力することができる。また、操作盤２００は、所定の操作の選択を行う操作スイッチ部２０６、オーバライド値の設定を行うオーバライド設定部２０８〜２１２および非常停止ボタン２１４を含む。オーバライド設定部２０８〜２１２は、例えば、主軸の回転速度のオーバライド値や加工の送り速度のオーバライド値等を設定することができる。
操作盤２００は、更に、下端部分から前方へ棚状に伸びるボード２２２を有したジョグコンソール２２０を備えている。ジョグコンソール２２０のボード２２２には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り軸を個別にジョグ送り操作するジョグボタン２２４、ジョグ送りの速度を設定するオーバーライドスイッチ２２６、自動測定開始ボタン２２８および測定停止ボタン２３０が配置されている。
図４、５は表示部２０２に表示される本発明の測定方法を実施するための測定ウィンドウの一例を示している。該測定ウィンドウは、送り軸の座標表示領域１０、測定タイプを示すアイコン１２、測定プローブ１１４の移動方向（矢印ＡX-、矢印ＡX+）をワークＷと共に示す測定プローブ移動方向表示領域1４、測定結果としての座標値を表示する座標表示領域１６、測定結果としての寸法値を表示する寸法表示領域１８、Ｘ軸に対するワークＷの傾斜角を表示する傾斜角表示領域２０、および、測定プローブ１１４のＺ軸方向の危険領域を設定するボタン２２を含んでいる。また、測定した座標を工作機械のワーク座標系に設定するための座標設定ボタン２４を備える。
更に、該測定ウィンドウは、Ｚ(-)制限ボタン３０を含んでいる。オペレータがＺ(-)制限ボタン３０をタップまたはクリックすると、そのときのＺ座標値がＺ軸スケール１１８から読取られ、その座標値が、主軸１１２がテーブル１０６へ接近する方向へのＺ軸のストロークリミットＬSに設定される。Ｚ軸のストロークリミットＬSが設定されると、該ストロークリミットＬSが解除されるまで、主軸１１２は該ストロークリミットＬSであるＺ座標値を超えてテーブル１０６へ接近することができなくなる。
また、Ｚ(-)制限ボタン３０は、状態に応じて色が変化する。Ｚ(-)制限ボタン３０がグレーのときは、ストロークリミットＬSが解除されており、新たにストロークリミットＬSを設定することが可能な状態であることを表している。Ｚ(-)制限ボタン３０が青色のときは、ストロークリミットＬSが設定されているが、現在のＺ軸の座標値がストロークリミットＬSの設定値に達していないことを表している。Ｚ(-)制限ボタン３０が緑色のときは、ストロークリミットＬSが設定されており、かつＺ軸の座標値がストロークリミットＬSの設定値に達していることを表している。Ｚ(-)制限ボタン３０がグレーで、かつボタンに表示される文字が薄いグレーになっているときは、ストロークリミットＬSが解除されており、新たにストロークリミットＬSを設定することが不可能な状態を表している。これにより、オペレータは、現在の状態を一目で確認することができる。
図５、６を参照して、本実施形態によるワークＷの測定方法を説明する。
オペレータが工作機械１００の操作盤２００の表示パネル２０２や、キー入力部２０４のキースイッチを操作することによって、ワークＷの測定を開始する（ステップＳ１０）と、図５に示す測定ウィンドウが表示パネル２０２に表示される（ステップＧ１０）。このとき測定ウィンドウのＺ(-)制限ボタン３０はグレー表示されている（ステップＧ１２）。
次いで、主軸１１２を測定開始位置に配置する。これは、例えばオペレータが、ジョグコンソール２２０のジョグボタン２２４を操作することによって実行することができる。或いは、操作盤２００、ジョグコンソール２２０或いは測定ウィンドウ内に測定開始位置ボタン（図示せず）設け、該測定開始位置ボタンを押下、タップまたはクリックすることによって主軸１１２を測定開始位置へ移動させるＮＣプログラムを実行するようにしてもよい。この測定開始位置は、例えば、測定プローブ１１４の先端がワークＷよりも上方で、かつ、測定プローブ１１４をＺ軸に沿って下動させたときに、ワークＷに衝接しない位置で、かつ、測定プローブ１１４をＸ軸とＺ軸のみを使ってその先端をワークＷの測定点へ移動させることが可能な位置とすることができる（図７参照）。
次いで、オペレータが、ジョグボタン２２４を操作することによって、測定プローブ１１４の先端が、ワークＷの側面の測定点の高さに配置されるように、図７において矢印ＡZ-で示すように、主軸１１２をＺ軸方向に下動させる（ステップＳ１２）。主軸１１２が測定点の高さに位置決めされた（図８参照）とき、オペレータが測定ウィンドウのＺ(-)制限ボタン３０をタップまたはクリックする（図９参照）と、現在のＺ座標値がストロークリミットＬSに設定される（ステップＣ１０）（図１０参照）と共に、Ｚ(-)制限ボタン３０の色がグレーから緑色に変化して（ステップＧ１４）、Ｚ軸にストロークリミットＬSが設定されていることが示される。
次に、主軸１１２をＸ軸に沿って負の方向に移動させワークＷの側面のＸ座標が測定される。図１１を参照すると、オペレータがジョグコンソール２２０のジョグボタン２２４操作して（ジョグ送り操作）、測定プローブ１１４をＸ軸に沿って矢印Ａx-の方向にワークＷへ接近させる。ＮＣ装置１５０は、Ｘ軸の動作指令から、測定プローブ１１４がＸ座標値が減少する方向に送られていることを判定する。これによって、測定プローブ移動方向表示領域１４には、矢印Ａx-によって測定プローブ１１４がＸ軸に沿って負の方向に移動している状態が示される。
測定プローブ１１４がワークＷの側面に接触すると、測定プローブ１１４からスキップ信号がＮＣ装置１５０へ出力される。ＮＣ装置１５０は、測定プローブ１１４からのスキップ信号によって、その時のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り軸の座標が記憶される。ＮＣ装置１５０は、またスキップ信号を受信したときに、図１１において矢印Ａx+で示すように、Ｘ軸の送りを反転して測定プローブ１１４をワークＷから離反させる。測定プローブ１１４が、所定距離移動して測定開始位置の直下に移動すると、測定プローブ１１４の反転動作が停止する。こうして第１の測定点においてワークＷが測定される（ステップＳ１６）。
次いで、反対側の側面を測定するために、オペレータは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り軸を駆動して、測定プローブ１１４をワークＷの反対側に移動させる（ステップＳ１８）。そのとき、Ｘ−Ｙ平面内で移動させて測定プローブ１１４をワークＷの反対側へ移動させることもできるが、移動経路が長くなるので、図１２において弧状の矢印Ａで示すように、測定プローブ１１４をＺ軸に沿って上下動させつつワークＷの反対側に移動させることが好ましい場合がある。本実施形態では、ＮＣ装置１５０は、Ｚ軸送り装置がテーブル１０６から離反する方向、本実施形態ではＺ軸に沿って上動またはＺ軸の正の方向に移動すると、それまで緑色を呈していたＺ(-)制限ボタン３０が青色に変化して（ステップＧ１６）、Ｚ軸がストロークリミットＬSの上方にあることが示される。
次いで、主軸１１２をＸ軸に沿って負の方向に送る間、Ｚ軸送り装置がテーブル１０６に接近する方向、本実施形態ではＺ軸に沿って下動またはＺ軸の負の方向に移動し（ステップＳ２０）、図１３に示すように、従前に測定を行ったＺ座標であるＺ軸のストロークリミットＬSに到達すると、ＮＣ装置１５０はＺ軸送り装置を停止する（ステップＣ１２）。そのとき、Ｚ(-)制御ボタン３０が青色から再び緑色に変化する（ステップＧ１８）。
次に、主軸１１２をＸ軸に沿って正の方向に移動させワークＷの側面のＸ座標が測定される。図１４において、オペレータがジョグコンソール２２０のジョグボタン２２４操作して（ジョグ送り操作）、測定プローブ１１４をＸ軸に沿って矢印Ａx+の方向にワークＷへ接近させる。ＮＣ装置１５０は、Ｘ軸の動作指令から、測定プローブ１１４がＸ座標値が増加する方向に送られていることを判定する。これによって、測定プローブ移動方向表示領域１４には、矢印Ａx+によって測定プローブ１１４がＸ軸に沿って正の方向に移動している状態が示される。
測定プローブ１１４がワークＷの側面に接触すると、測定プローブ１１４からスキップ信号がＮＣ装置１５０へ出力される。ＮＣ装置１５０は、測定プローブ１１４からのスキップ信号によって、その時のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り軸の座標が記憶される。ＮＣ装置１５０は、またスキップ信号を受信したときに、図１４において矢印Ａx-で示すように、Ｘ軸の送りを反転して測定プローブ１１４をワークＷから離反させる。こうして第２の測定点においてワークＷが測定される（ステップＳ２２）。次いで、オペレータが、Ｚ(-)制限ボタン３０をタップまたはクリックすると、Ｚ軸ストロークリミットＬSが解除され（ステップＣ１４）、Ｚ(-)制限ボタン３０の色が緑からグレーに変化する（ステップＧ２０）。
既述の実施形態では、ワークＷの測定は、オペレータが全てジョグボタンを操作する手動操作によって行われていたが、オペレータのジョグ操作による上記のＸ軸方向への測定プローブ１１４の送り操作を測定教示操作としてＮＣ装置１５０に記憶させ、以下のように、記憶した教示操作に沿って自動測定を行うようにしてもよい。
オペレータが、教示操作の後に、ジョグコンソール２２０の自動測定開始ボタン２２８を押下すると、ＮＣ装置１５０に格納されている自動測定プログラムが実行され、ＮＣ装置１５０に記憶されている測定点の座標（測定プローブ１１４がワークＷに接触したときのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り軸の座標）へ向けて、測定プローブ１１４がＸ軸に沿って矢印ＡX-で示す負の方向に送られる。測定プローブ１１４の先端がワークＷの側面に接触すると、スキップ信号が測定プローブ１１４からＮＣ装置１５０へ出力される。スキップ信号を受信すると、その時のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り軸の座標がＮＣ装置１５０に記憶される。また、ＮＣ装置１５０は、スキップ信号を受信すると、矢印ＡX+で示す正の方向にＸ軸の送りを反転し、測定プローブ１１４をワークＷから離反させ、所定距離移動したところで、測定プローブ１１４の反転動作を停止する。自動測定が完了すると、ワークＷの側面のＸ座標が表示される。ワークＷの反対側の側面の第２の測定点を測定する際には、これと反対のプロセスが実行される。
このように、ＮＣ装置１５０に格納されている測定プログラムに従って測定を行うことにより、ワークＷへの測定プローブ１１４の接近速度を最適化することが可能となり、測定プローブ１１４による測定誤差を小さくすることができる。
既述の実施形態では、複数の送り軸としてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸の送り軸のうち１つの送り軸であるＺ軸を所望の測定位置に移動させるようにしたが、本発明はこれに限定されず、Ｘ軸またはＹ軸を所望の測定位置に移動させるようにしてもよい。
１０ 座標表示領域
１２ アイコン
１４ 測定プローブ移動方向表示領域
１６ 座標表示領域
１８ 寸法表示領域
２０ 傾斜角表示領域
２４ 座標設定ボタン
３０ Ｚ(-)制限ボタン
１００ 工作機械
１１０ 主軸頭
１１４ 測定プローブ
１５０ ＮＣ装置
２００ 操作盤

Claims (4)

  1. 複数の送り軸で測定子とワークとを相対移動させ、前記測定子と前記ワークが接触したときの送り軸の座標に基づいて、ワークの位置を求める工作機械上でワークを測定する方法において、
    前記複数の送り軸のうち１つの送り軸を所望の測定位置に移動させ、
    前記所望の測定位置にあるときに前記１つの送り軸の座標値を記憶し、
    前記１つの送り軸と他の送り軸とにより前記測定子と前記ワークとを相対的に移動し、
    記憶した前記座標値に達したときに、前記１つの送り軸による移動を停止し、
    １つの送り軸を前記座標値に停止させた状態で、他の送り軸を用いて測定子を移動させて複数の測定点においてワークを測定することを特徴としたワーク測定方法。
  2. 前記工作機械は、所定の軸線を中心として回転可能に支持された主軸と、該主軸に対面するように配置され前記ワークを取付けるワーク取付面を有したテーブルと、前記主軸と前記テーブルとをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向に相対移動する送り軸とを有し、
    前記測定子は前記主軸の先端に装着され、前記１つの送り軸が前記主軸の軸線に平行なＺ軸である請求項１に記載のワーク測定方法。
  3. 前記直交３軸の送り軸および主軸を制御するＮＣ装置が、オペレータにより前記直交３軸を手動操作可能とする請求項２に記載のワーク測定方法。
  4. 前記測定子が前記テーブルへ接近する方向にオペレータが前記Ｚ軸送り装置を手動操作するとき、前記Ｚ軸送り装置が記憶された座標値に到達すると、前記ＮＣ装置は、前記Ｚ軸送り装置が前記座標値を超えて前記テーブルへ接近できないようにする請求項３に記載のワーク測定方法。
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