KR101330951B1

KR101330951B1 - 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계

Info

Publication number: KR101330951B1
Application number: KR1020120129344A
Authority: KR
Inventors: 욘표 혼
Original assignee: 화낙 코퍼레이션
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-11-18
Also published as: CN103176424B; TWI543840B; CN103176424A; TW201343316A; JP2013129036A; JP5173016B1; US9409270B2; US20130166044A1; KR20130079143A

Abstract

기상 계측 장치를 갖는 공작 기계는, 초정밀 가공, 세정, 기상에서의 계측 작업을 포함한 다양한 작업을 작업자의 개입 없이 수치 제어 장치에 의해 자동적으로 실시한다. 그 때문에, 공작 기계의 구동축의 가동 영역을 미리 가공 영역, 세정 영역, 계측 영역으로 나누어 두고, 수치 제어 장치에 의해 구동축의 위치를 항상 모니터링하여, 구동축이 각 영역에 진입했을 때, 각 영역에 할당된 작업을 자동적으로 개시하여, 그 영역에서 벗어날 때까지 동일한 작업을 계속 실시한다.

Description

기상 계측 장치를 갖는 공작 기계 {MACHINE TOOL HAVING ONBOARD MEASURING DEVICE}

본 발명은, 기상 (機上) 계측 장치를 갖는 공작 기계에 관한 것이다.

초정밀 가공에 있어서 나노 단위의 형상 정밀도를 실현시키기 위해서는, 기상 계측에 의한 보정 가공이 필요 불가결하다. 기상 계측의 장점은, 가공 대상물을 분리하지 않음으로써, 그렇지 않은 경우에 발생하는 세팅의 재현성 문제나 작업자가 가공 대상물을 분리하거나 부착하거나 할 때의 신체로부터의 열 전달에 의해 발생하는 가공 대상물 및 기계의 열 변위 문제가 없어지는 점이다. 그러나, 현재의 기상 계측 시스템은, 기상 계측을 실시할 때에 인간이 수동으로 작업을 실시하는 부분이 개재되어 있어, 그것을 최대한 배제하여 열 변위의 영향을 최소한으로 할 필요가 있다.

또, 최근 고정밀도 금형에 대한 수요가 증가하고 있어, 어떻게 해서 생산 효율을 높일지가 큰 관심 사항이 되고 있다. 그 때문에, 측정 및 보정의 사이클 타임을 가능한 한 단축시키는 것이 매우 중요하다.

지금까지의 기상 계측 시스템으로서, 예를 들어 일본 공개특허공보 2010-105063호에는 공작 기계 상에 계측 장치를 탑재하여 가공 대상물의 고정밀도화를 도모하고, 열 변위 (온도 드리프트) 를 억제하는 기술이 개시되어 있다.

상기의 기술에서는, 가공 대상물의 착탈을 없애 작업자가 직접 가공 대상물에 접촉하는 것은 피할 수 있다. 그러나, 가공 중, 가공 후의 가공 대상물 등의 세정, 또는 측정 작업을 위한 위치 결정은 작업자의 판단에 맡겨지고 있다.

그 때문에, 기계의 커버를 열어서 작업자가 위치 확인을 할 필요가 있어, 그 때에 전해지는 외기에 의해 발생하는 온도 드리프트가 고정밀도의 금형 제작에 방해가 된다. 또, 작업자의 판단 등에 맡김으로써, 가공, 세정, 측정 작업시마다 작업을 일단 중단할 수 밖에 없어, 고정밀도 금형의 양산에 있어서 중요한 가공 시간의 단축이 곤란하다. 그리고, 작업자마다의 기상 측정 시스템의 운용에 관한 지식, 숙련도에 의해 계측 정밀도 및 가공 시간이 대폭 변동되게 되어, 높은 형상 정밀도를 갖는 금형의 안정적인 생산이 곤란하다.

그래서, 본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 작업자의 기상 계측 시스템의 운용에 관한 지식, 숙련도에 상관없이 계측 정밀도 및 가공 시간을 일정하게 하여, 높은 형상 정밀도를 갖는 가공품의 안정적인 생산을 가능하게 하는 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계를 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계는, 복수의 구동축을 갖고, 수치 제어 장치에 의해 상기 구동축을 제어하여 공구와 가공 대상물을 상대 이동시켜 가공 대상물에 가공을 실시하고, 또한, 프로브를 구비한 기상 계측 장치와 가공 대상물을 상대 이동시킴으로써 가공 대상물의 측정을 실시한다. 그리고, 이 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계는, 상기 구동축의 위치를 검출하는 위치 검출기와, 상기 위치 검출기에서 검출한 위치를 상기 수치 제어 장치에 입력하는 입력부와, 상기 입력된 구동축의 위치에 따라 상기 가공 대상물에 대해 가공을 실시할지, 상기 기상 계측 장치에 의해 상기 가공 대상물의 측정을 실시할지, 상기 가공 대상물의 세정을 실시할지, 또는 상기 프로브의 세정을 실시할지를 판단하는 작업 판단부와, 상기 작업 판단부의 판단에 기초하여, 상기 가공 대상물에 대한 가공, 상기 기상 계측 장치에 의한 측정, 상기 가공 대상물의 세정, 또는 상기 프로브의 세정의 실행을 지령하는 실행 지령부를 갖는다.

상기 공구와 상기 기상 계측 장치가 동일 구동축에 장착되어 있고, 상기 공구에 의해 상기 가공 대상물을 가공할 수 있는 상기 구동축의 이동 범위를 유효 가공 범위로 하고, 또, 상기 기상 계측 장치에 의해 상기 가공 대상물을 측정할 수 있는 상기 구동축의 이동 범위를 유효 계측 범위로 하며, 상기 작업 판단부는,

상기 구동축이 상기 유효 가공 범위에 있는 경우에는 가공 가능 상태로 판단하고,

상기 유효 가공 범위에도 유효 계측 범위에도 속하지 않는 경우에는 세정 대기 상태로 판단하며,

상기 구동축이 상기 세정 대기 상태로부터 상기 유효 계측 범위로 들어간 경우에는 세정 유효 상태로 판단하고,

상기 세정 유효 상태로부터 실제로 일정 시간 세정이 실시되고 나서 세정이 정지한 경우에는 세정 종료 상태로 판단하며,

상기 세정 종료 상태로서 상기 유효 계측 범위에 있는 경우에는 계측 가능 상태로 판단할 수 있다.

상기 수치 제어 장치는, 상기 작업 판단부의 판단에 기초하는 작업 상태에 따라, 공구에 의한 절삭, 세정액 노즐의 작동, 세정 브러시의 작동, 기상 계측 장치의 작동, 기상 계측 장치를 보호하는 커버의 개폐를 실시하는 신호를 출력할 수 있다.

상기 기상 계측 장치를 보호하는 커버는, 상기 기상 계측 장치를 절삭액, 절삭 조각으로부터 보호하기 위한 커버이며, 상기 커버는 액추에이터에 의해 개폐되고, 상기 작업 판단부에 의해 계측 가능 상태로 판단되었을 때에 상기 액추에이터에 의해 열리도록 해도 된다.

본 발명에 의해, 작업자의 기상 계측 시스템의 운용에 관한 지식, 숙련도에 상관없이 계측 정밀도 및 가공 시간을 일정하게 하여, 높은 형상 정밀도를 갖는 가공품의 안정적인 생산을 가능하게 하는 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계를 제공할 수 있다.

본 발명의 상기한 그리고 그 밖의 목적 및 특징은, 첨부 도면을 참조한 이하의 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.

이들 도면 중 :
도 1 은 X 축, Y 축, Z 축의 직동축을 갖고, X 축 상에 회전축인 B 축과, Y 축 상에 회전축인 C 축을 배치한 공작 기계의 주요부를 설명하는 도면이다.
도 2 는 기상 계측 장치의 가동부인 프로브의 이동 변위 검출 수단으로서, 리니어 스케일과 레이저 헤드를 갖고, 프로브를 가공 대상물면을 따라 상대적으로 이동시켜, 프로브의 변위 정보에 의해 계측 대상물의 형상 계측을 실시하는 것을 나타내는 도면이다.
도 3 은 기상 계측 장치를 구비한 공작 기계와 그 공작 기계를 제어하는 수치 제어 장치를 갖는 시스템을 설명하는 도면이다.
도 4 는 공작 기계의 B 축 상에 공구, 절삭액 노즐, 기상 계측 장치와 그 커버, 세정액 노즐이 장착되고, C 축 상에 가공 대상물과 측정자를 닦아내는 수단인 세정 브러시가 장착되어 있는 것을 설명하는 도면이다.
도 5A 및 도 5B 는 구동축의 위치에 의해 판단되는 임의의 가공 대상물에 대한 유효 가공 범위, 유효 계측 범위, 또는 그 어느 쪽에도 속하지 않는 범위를 설명하는 도면이다.
도 6 은 기상 계측 장치의 커버가 닫혀져 보호된 상태에서, 절삭액 노즐로부터 절삭액을 분사하면서, 공구에 의해 가공 대상물을 가공하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 7 은 세정액 노즐로부터 세정액을 가공한 가공 대상물의 면을 따라 분사함으로써, 가공 대상물 표면의 절삭액, 또는 절삭 조각을 제거하는 공정에 대해 설명하는 도면이다.
도 8 은 기상 계측 장치의 커버가 열려 개방된 기상 계측 장치의 측정자에 의해 가공 대상물의 형상을 계측하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 9 는 측정자에 부착된 먼지 등을 제거하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 10 은 본 발명에 관련된 기상 계측 장치를 구비한 공작 기계의 제어를 설명하는 플로우 차트이다.
도 11 은 기상 계측 장치의 자동 개폐 커버가 열린 상태를 설명하는 도면이다.
도 12 는 기상 계측 장치의 자동 개폐 커버가 닫힌 상태를 설명하는 도면이다.

<본 발명의 개요>

본 발명에 의한 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계는, 초정밀 가공, 세정, 기상에서의 계측을 포함한 여러 작업을 작업자의 개입 없이 수치 제어 장치에 의해 자동적으로 실시한다. 그것을 위한 수단으로서, 공작 기계의 구동축의 가동 영역을 미리 가공 영역, 세정 영역, 계측 영역으로 나누어 두고, 수치 제어 장치에 의해 구동축의 위치를 항상 모니터링하여, 구동축이 각 영역에 진입했을 때, 각 영역에 할당된 작업을 자동적으로 개시하여, 그 영역에서 벗어날 때까지 동일한 작업을 계속 실시한다.

도 1 은 수치 제어 장치에 의해 제어되고, 3 축 이상의 직동축과 1 축 이상의 회전축으로 구성되어 있는 공작 기계를 설명하는 도면이다.

이 공작 기계는 X 축, Y 축, Z 축의 직동축을 갖고, X 축 상에 회전축인 B 축과, Y 축 상에 회전축인 C 축을 가져 5 축 동시 제어가 가능하다. 각 가동축을 나노미터 오더로 제어함으로써, 워크의 가공을 나노미터 오더의 정밀도로 실시할 수 있다.

도 2 는 공작 기계에 장착되는 기상 계측 장치의 일례를 설명하는 주요부 단면도이다.

기상 계측 장치 (1) 는 케이스 (1a) 에 내장된 가동부인 프로브 (1b) 를 구비한다. 그 프로브 (1b) 는 공기 베어링 등의 베어링 (도시 생략) 에 의해 중심축 방향으로 이동 가능하다. 그 프로브 (1b) 의 일단에는 구형 측정자 (1f) 를 구비한 측정자의 봉 (1e) 이 장착되어 있다. 그 측정자의 봉 (1e) 은 가는 봉상의 부재이다. 그리고, 측정자의 봉 (1e) 의 일단은 프로브 (1b) 에 고정되고, 타단에는 구형 측정자 (1f) 가 장착되어 있다. 구형 측정자 (1f) 는 가공 대상물 (20) 의 가공 대상물면 (20a) 에 접촉하여 형상 계측을 실시한다. 프로브 (1b) 를 가공 대상물면 (20a) 을 따라 이동시켜 프로브 (1b) 의 변위를 계측함으로써, 가공 대상물 (20) 의 가공 대상물면 (20a) 의 표면 형상을 측정할 수 있다.

기상 계측 장치 (1) 는, 케이스 (1a) 내에 리니어 스케일 (1d) 과 레이저 헤드 (1c) 를 구비하고 있다. 이들 리니어 스케일 (1d) 과 레이저 헤드 (1c) 는 프로브 (1b) 의 이동 변위 검출 수단을 구성한다. 또한, 레이저 헤드 (1c) 와 리니어 스케일 (1d) 을 사용하는 변위 검출 수단은 주지된 바이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 기상 계측 장치 (1) 를 가공 대상물 (20) 의 가공 대상물면 (20a) 을 따라 이동시켜, 프로브 (1b) 의 변위를 이동 변위 검출 수단에 의해 검출한다. 이동 변위 검출 수단은 프로브 (1b) 의 변위를 나타내는 이동 변위 검출 신호를 출력한다 (도 3 참조). 이 이동 변위 검출 신호는, 기상 계측 장치 (1) 로부터의 계측 신호 (ipf) 로서 후술하는 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 입력되고, 기상 계측 장치 (1) 로부터의 프로브 (1b) 의 위치 정보로서 저장된다.

도 3 은 기상 계측 장치와 공작 기계를 연결한 일례를 설명하는 도면이다. 공작 기계의 X, Y, Z, B, C 축의 각 축과, 회전축인 B 축에 장착된 기상 계측 장치가 동일한 인터페이스를 갖는다. 요컨대, X, Y, Z, B, C 축은 각각 각 축을 제어하기 위한 인터페이스를 구비하고 있다. 기상 계측 장치 (1) 는 공작 기계의 가동축을 구성하는 것은 아니지만, 기상 계측 장치 (1) 를 공작 기계의 가동축으로 간주함으로써, 공작 기계의 각 가동축 X, Y, Z, B, C 와 마찬가지로 기상 계측 장치 (1) 로부터 얻어지는 신호가 수치 제어 장치 (8) 의 서보 제어부 (9) 를 개재하여 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 저장된다. 기상 계측 장치 (1) 를 공작 기계에 장착할 때에는, 후술하는 바와 같이 자동 개폐 커버 (25) 를 구비한 수용 장치 (24) 내에 수용된다 (도 11, 도 12 참조).

공작 기계의 각 축 (5 개의 가동축) 과 기상 계측 장치가 동일한 구성의 인터페이스를 가짐으로써, 각 축의 위치 검출기 (도시 생략) 로부터의 위치 검출 신호와 기상 계측 장치로부터의 위치 검출 신호가, 수치 제어 장치의 이송축 구동 제어부에 간단하게 동기하면서 입력된다. 그리고, 수치 제어 장치 (8) 와 퍼스널 컴퓨터 (11) 가 이더넷 (등록 상표) (12) 을 경유하여 LAN 통신을 실시하여, 각 축의 위치 정보와 기상 계측 장치 (1) 의 프로브의 변위 정보가 외부 기억 장치인 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 동시에 입력된다. 도 3 은 입력된 각 축의 위치 정보와 프로브의 변위 정보의 보존에 계측용 소프트가 이용되어 계측이 실시되는 것에 대하여 나타내고 있다. 그리고, 본 발명의 실시형태에 있어서는, 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 있어서 계측하여 얻어진 가공 대상물 (20) 의 형상 데이터를 사용하여 가공 프로그램을 보정하여 보정 가공 프로그램을 작성한다.

도 3 은 기상 계측 장치로부터의 계측 신호를 수치 제어 장치를 개재하여 퍼스널 컴퓨터에 입력하는 예를 나타내고 있다.

이 예에서는 공작 기계의 각 축과, 회전축인 B 축에 장착된 기상 계측 장치 (1) 가 동일한 인터페이스를 가짐으로써, 각 축의 위치 검출 신호와 기상 계측 장치 (1) 의 계측 신호가 수치 제어 장치 (8) 의 이송축 구동 제어부인 서보 제어부 (9) 에 간단하게 동기하면서 입력된다.

기상 계측 장치 (1) 에 대해서는 도 2 를 사용하여 그 일례를 설명하였다. 수치 제어 장치 (8) 의 서보 제어부 (9) 에는, 공작 기계의 각 축 (X 축 (3), Y 축 (4), Z 축 (5), B 축 (6), C 축 (7)) 을 구동시키는 서보 모터에 내장되는 위치 검출 장치 (도시를 생략) 로부터 출력되는 위치 검출 신호 (ipx, ipy, ipz, ipb, ipc) 가 피드백되어 입력된다. 마찬가지로, 서보 제어부 (9) 에는, 피가공물 (W) 의 표면 형상을 측정하는 기상 계측 장치 (1) 로부터 프로브 (1b) 의 이동 변위에 관한 계측 신호인 위치 검출 신호 (ipf) 가 인터페이스 (2) 를 통하여 입력된다.

공작 기계의 각 가동축의 위치 검출 장치로부터 출력되는 위치 검출 신호도 인터페이스 (도시 생략) 를 통하여 서보 제어부 (9) 에 입력된다. 이 인터페이스는, 서보 모터에 내장되는 위치 검출 장치로부터 출력되는 위치 검출 신호와 기상 계측 장치 (1) 로부터 출력되는 계측 신호가 수치 제어 장치 (8) 의 서보 제어부 (9) 에 동기하여 입력되도록 구성된다.

또, 수치 제어 장치 (8) 는, 공작 기계의 각 가동축의 위치 정보와 기상 계측 장치 (1) 로부터의 계측 정보 (위치 정보) 를 저장하는 기억 수단 (도시 생략) 과, 이 기억 수단에 저장된 위치 정보를 외부 장치의 퍼스널 컴퓨터 (11) 로 송출하는 인터페이스를 구비하고 있다.

공작 기계의 각 가동축으로부터의 피드백 신호인 위치 검출 신호와 기상 계측 장치로부터의 계측 신호가 동일한 회로 구성의 인터페이스 (2) 를 통하여 수치 제어 장치 (8) 의 서보 제어부 (9) 에 취득되기 때문에, 각 축의 위치 검출 장치와 기상 계측 장치로부터의 계측 신호 (요컨대, 각 축의 축 위치 검출 신호와 기상 계측 장치의 위치 검출 신호) 가 수치 제어 장치 (8) 에 간단하게 동기하여 입력된다. 그리고, 판독된 계측 신호는, 위치 정보로서 수치 제어 장치 (8) 의 기억 수단 (도시 생략) 에 저장된다.

또, 수치 제어 장치 (8) 는, 외부 장치인 예를 들어 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 이더넷 (등록 상표) (12) 을 경유하여 LAN 통신을 실시하여, 퍼스널 컴퓨터 (11) 에 접속 혹은 내장되는 기억 장치 (13) 에 각 축으로부터의 위치 정보와 기상 계측 장치 (1) 로부터의 계측 정보를 퍼스널 컴퓨터 (11) 로 보낸다. 퍼스널 컴퓨터 (11) 는, 샘플링 주기마다 각 축으로부터의 위치 정보와 기상 계측 장치 (1) 로부터의 위치 정보를 기억 장치 (13) 에 동기하여 저장한다. 퍼스널 컴퓨터 (11) 내에는 계측용 소프트웨어가 저장되어 있어, 수치 제어 장치 (8) 를 개재하여 판독된 상기 위치 정보에 기초하여, 피가공물의 형상 계측 등 필요한 연산 처리를 실행한다.

도 4 는 도 3 에 있어서 B 축의 회전축 방향으로 기상 계측 장치를 구비한 공작 기계를 내려다보았을 때의 개략도이다.

도 4 는 공작 기계의 B 축 상에 공구, 절삭액 노즐과, 기상 계측 장치와 그 커버, 세정액 노즐이 장착되고, C 축 상에 가공 대상물과 측정자를 닦아내는 수단인 세정 브러시가 장착되어 있는 것을 설명하는 도면이다.

B 축 (테이블) 상에는 자동 개폐 커버 (25) 를 구비한 수용 장치 (24) 와, 세정액 노즐 (30) 과, 가공 대상물을 가공하는 공구 (32) 와, 절삭액을 분사하는 절삭액 노즐 (34) 이 장착되어 있다. 공구 (32) 로는 회전식 공구 혹은 긁기식 공구 등을 사용할 수 있다. 기상 계측 장치 (1) 는 수용 장치 (24) 내에 수용되어 있다. 그 기상 계측 장치는, 그 측정자 (측정자의 봉 (1e), 구형 측정자 (1f)) 의 방향이 B 축의 회전축에 직교하는 방향으로 고정되어 있다. 그리고, 세정액 노즐 (30) 로부터 세정액을 가공한 가공 대상물 (20) 의 면에 분사함으로써, 가공 대상물 (20) 표면의 절삭액이나 절삭 조각을 제거할 수 있다. C 축 (테이블) 상에는 가공 대상물 (20) 과, 기상 계측 장치 (1) 의 측정자 (측정자의 봉 (1e), 구형 측정자 (1f)) 에 부착된 먼지 등을 닦아내는 세정 브러시 (22) 가 장착되어 있다. 또한, 기상 계측 장치 (1) 를 수용하는 수용 장치 (24) 에 대해서는 도 11 및 도 12 를 사용하여 설명한다.

도 5A 및 도 5B 는 구동축의 위치에 의해 판단되는 임의의 가공 대상물에 대한 유효 가공 범위, 유효 계측 범위, 또는 그 어느 쪽에도 속하지 않는 범위를 설명하는 도면이다. 도 5A 는 도 4 와 동일한 방향에서 본 도면이다. 도 5B 는 도 5A 를 지면에 수직인 단면 (斷面) 에서 <1>, <2>, <3> 의 범위를 본 도면이다.

본 발명에 있어서는, C 축 상의 영역을 C 축의 회전축 방향으로 평행하게 분할한다. 임의의 가공 대상물 (20) 에 대해 <1> 은 유효 가공 범위로, <2> 의 범위는 유효 가공 범위에도 유효 계측 범위에도 속하지 않는 범위로, <3> 은 유효 계측 범위로 정의한다. <1> 및 <3> 의 범위는 가공 대상물 (20) 의 크기에 의해 규정되고, <2> 는 B 축 상의 기상 계측 장치 (1) 와 공구 (32) 의 배치 관계에 의해 규정된다. 가공 대상물 (20) 과 기상 계측 장치 (1) 또는 공구 (32) 가 <1> 의 범위, <2> 의 범위, <3> 의 범위 중 어느 위치 관계에 있는지는 각 구동축간의 상대적인 위치 관계에 의해 판단된다.

도 6 은, 기상 계측 장치의 커버가 닫혀져 보호된 상태에서 절삭액 노즐로부터 절삭액을 분사하면서, 공구에 의해 가공 대상물을 가공하는 공정을 설명하는 도면이다.

각 구동축의 상대적인 위치 관계에 의해, 수치 제어 장치 (8) 에 의해 <1> 의 유효 가공 범위로 판단된 경우에는, 수치 제어 장치 (8) 로부터의 지령에 의해, 기상 계측 장치 (1) 를 수용하는 수용 장치 (24) 가 장착된 자동 개폐 커버 (25) 가 닫혀져, 기상 계측 장치 (1) 가 보호된 상태에서 절삭액 노즐 (34) 로부터 절삭액을 가공 대상물 (20) 을 향해 분사하면서, 공구 (32) 를 사용하여 가공 대상물 (20) 의 화살표로 나타내는 가공 부위 (36) 가 가공 프로그램에 따라 가공된다.

도 7 은, 세정액 노즐로부터 세정액을 가공한 가공 대상물의 면을 따라 분사함으로써, 가공 대상물 표면의 절삭액, 또는 절삭 조각을 제거하는 공정에 대해 설명하는 도면이다.

도 6 에 나타내는 가공 대상물 (20) 의 가공 후, 가공 대상물 (20) 이 공구 (32) 와 기상 계측 장치 (1) 의 측정자 (1e, 1f) 사이로 상대적으로 이동하고, <2> 의 유효 가공 범위에도 유효 계측 범위에도 속하지 않는 범위에 진입했다고 판단된 후, 수치 제어 장치 (8) 의 지령에 의해, 수용 장치 (24) 의 자동 개폐 커버 (25) 가 닫혀져 보호된 상태에서, 가공된 가공 대상물 (20) 의 표면을 따라 세정액 노즐 (30) 로부터 세정액을 분사한다. 세정액 노즐 (30) 로부터 세정액이 분사됨으로써, 가공 대상물 (20) 의 표면에 부착된 절삭액이나 절삭 조각이 제거된다.

예를 들어,

구동축이 유효 가공 범위 <1> 에 있는 경우를 가공 가능 상태,

구동축이 유효 가공 범위에도 유효 계측 범위에도 속하지 않는 범위 <2> 를 세정 대기 상태,

구동축이 세정 대기 상태로부터 유효 계측 범위 <3> 로 들어간 경우에는 세정 유효 상태,

세정 유효 상태로부터 실제로 일정 시간 세정이 실시되고 나서 세정이 정지된 경우에는 세정 종료 상태,

그 세정 종료 상태로서 유효 계측 범위에 있는 경우에는 계측 가능 상태

로 구분하고, 유효 계측 범위 <3> 에 있어서 실제로 가공 대상물 (20) 의 세정을 실시한다.

이로써, 가공 대상물 (20) 을 기상 계측 장치 (1) 를 사용하여 형상 계측을 실시할 때, 가공 대상물 (20) 에 부착된 이물질에 의해, 기상 계측 장치 (1) 의 측정자가 손상되거나, 혹은 계측 데이터에 이상이 생길 우려를 배제할 수 있다.

도 8 은, 기상 계측 장치의 커버가 열려 개방된 기상 계측 장치의 측정자에 의해 가공 대상물의 형상을 계측하는 공정을 설명하는 도면이다.

세정액 노즐 (30) 로부터의 세정액 분사에 의한 가공 대상물 (20) 의 세정 공정이 종료되고, 가공 대상물 (20) 과 기상 계측 장치 (1) 의 측정자 (측정자의 봉 (1e), 구형 측정자 (1f)) 가 <3> 의 유효 계측 범위로 상대적으로 이동했다고 판단되었을 때, 수치 제어 장치 (1) 의 지령에 의해, 수용 장치 (24) 의 자동 개폐 커버 (25) 가 열려 개방된 기상 계측 장치 (1) 의 측정자 (측정자의 봉 (1e), 구형 측정자 (1f)) 에 의해 가공 대상물 (20) 의 형상을 계측한다.

도 9 는 측정자에 부착된 먼지 등을 제거하는 공정을 설명하는 도면이다.

도 8 에 나타내는 기상 계측 장치 (1) 를 사용하여 가공 대상물 (20) 의 형상 계측을 실행할 때, 사전에 기상 계측 장치 (1) 의 측정자 (측정자의 봉 (1e), 구형 측정자 (1f)) 에 부착된 먼지 등을 닦아내는 작업을 실시하는 것이 바람직하다.

기상 계측 장치 (1) 를 수용하는 수용 장치 (24) 의 자동 개폐 커버 (25) 가 열린 상태에서, 개방된 기상 계측 장치 (1) 의 측정자 (측정자의 봉 (1e), 구형 측정자 (1f)) 를 세정 브러시 (22) 의 위치로 상대적으로 이동시키고, 닦아내는 수단으로서의 세정 브러시 (22) 중에서 측정자 (측정자의 봉 (1e), 구형 측정자 (1f)) 를 상하 좌우로 상대 이동시킴으로써, 측정자 (측정자의 봉 (1e), 구형 측정자 (1f)) 에 부착된 먼지 등을 제거할 수 있다.

도 10 은 본 발명에 관련된 기상 계측 장치를 구비한 공작 기계의 제어를 설명하는 플로우 차트이다. 이 플로우 차트는 도 6, 도 7, 도 8, 도 9 를 사용하여 설명한 일련의 동작을 작업자의 운용에 관한 지식이나 숙련도에 상관없이 실시하는 처리를 설명하고 있는 각 단계에 따라 설명한다.

[단계 SA01] 가공 프로그램을 판독한다. 이 가공 프로그램에는 가공 대상물의 가공을 지령하는 블록, 유효 가공 범위 <1>, 유효 가공 범위에도 유효 계측 범위에도 속하지 않는 범위 <2>, 유효 계측 범위 <3> 사이의 이동을 지령하는 블록, 가공 대상물의 형상 계측을 지령하는 블록이 포함된다.

[단계 SA02] 기상 계측 장치를 보호하는 보호 커버를 닫는다.

[단계 SA03] 가공 프로그램에 따라 각 구동축을 이동시킨다.

[단계 SA04] 가공 가능 상태인지의 여부를 판단하여, 가공 가능 상태인 경우에는 단계 SA05 로 이행하고, 가공 가능 상태가 아닌 경우에는 가공 가능 상태가 되는 것을 대기하고, 단계 SA05 로 이행한다.

[단계 SA05] 절삭액을 분사한다.

[단계 SA06] 공구에 의한 가공 대상물의 가공을 실시한다.

[단계 SA07] 각 구동축을 이동시킨다. 가공 대상물의 가공이 종료되면, 다음의 범위 (유효 가공 범위에도 유효 계측 범위에도 속하지 않는 범위) 로 이동시킨다.

[단계 SA08] 유효 가공 상태인지 유효 계측 상태인지를 판단하여, 어느 상태인 경우에는 단계 SA07 로 되돌아가고, 어느 상태도 아닌, 요컨대, 유효 가공 범위도 유효 계측 범위도 아닌 범위인 경우에는 단계 SA09 로 이행한다.

[단계 SA09] 세정액을 분사하여 가공 대상물을 세정한다.

[단계 SA10] 각 구동축을 이동시킨다.

[단계 SA11] 유효 계측 상태인지 (요컨대, 계측 가능 범위인지) 여부를 판단하여, 유효 계측 상태가 아닌 경우에는 단계 SA10 으로 되돌아가고, 유효 계측 상태인 경우에는 단계 SA12 로 이행한다.

[단계 SA12] 기상 계측 장치를 보호하는 보호 커버를 연다.

[단계 SA13] 측정자에 부착된 이물질을 닦아낸다.

[단계 SA14] 가공 대상물의 형상 측정을 실시한다.

[단계 SA15] 형상 계측에 의해 얻어진 가공 대상물의 형상 오차는 목표치 이하인지 여부를 판단하여, 목표치 이하가 아닌 경우 (판단 : NO) 에는 단계 SA16 으로 이행하고, 목표치 이하인 경우 (판단 : YES) 에는 이 처리를 종료한다.

[단계 SA16] 형상 계측에 의해 얻어진 데이터를 기초로 보정 가공 프로그램을 작성하고, 단계 SA01 로 되돌아간다. 단계 SA01 에서는 보정 가공 프로그램을 판독하여, 상기 서술한 일련의 처리를 다시 실행한다.

상기 서술한 플로우 차트를 보충하여 설명한다. 단계 SA04 는 가공 대상물에 대해 가공을 실시할지 여부를 판단하고 있고, 단계 SA11 은 기상 계측 장치에 의해 측정을 실시할지 여부를 판단하고 있으며, 단계 SA08 은 가공 대상물의 세정을 실시할지 여부를 판단하고 있다. 플로우 차트에는 프로브 (측정자) 의 세정을 실시할지 여부의 판단이 기재되어 있지 않지만, 기상 계측 장치에 의한 계측 신호에 기초하여 계측 대상물에 이물질이 부착되어 있는지 여부를 판단하는 처리를 포함하는 등에 의해 프로브의 세정 브러시 (22) 에 의한 세정을 실행할지 여부의 판단을 실시하도록 해도 된다. 상기의 단계 SA04, SA08, SA11 에서의 처리는, 본 발명에 의한 공작 기계를 구성하는 「작업 판단부」에 해당한다.

또, 단계 SA06 은 가공 대상물에 대한 가공, 단계 SA14 는 기상 계측 장치에 의한 가공 대상물의 측정, 단계 SA09 는 가공 대상물의 세정, 단계 SA13 은 가공 대상물의 세정을 실행한다. 상기의 단계 SA06, SA09, SA13, SA14 에서의 처리는, 본 발명에 의한 공작 기계를 구성하는 「실행 지령부」에 해당한다.

상기 서술한 플로우 차트에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물의 가공, 가공 대상물의 세정, 가공 대상물의 형상 계측에 작업자의 개재는 없어, 작업자의 운용에 관한 지식이나 숙련도에 의해 계측 정밀도 및 가공 시간이 대폭 변동되는 것을 피할 수 있다. 이로써, 높은 형상 정밀도를 갖는 금형 등의 생산이 가능하다.

다음으로, 기상 계측 장치 (1) 를 수용하는 자동 개폐 커버 (25) 를 구비한 수용 장치 (24) 를 도 11 및 도 12 를 사용하여 설명한다. 도 11 은 수용 장치 (24) 의 자동 개폐 커버 (25) 가 열린 상태를 설명하는 도면이다. 도 12 는 수용 장치 (24) 의 자동 개폐 커버 (25) 가 닫힌 상태를 설명하는 도면이다.

수용 장치 (24) 에 구비된 자동 개폐 커버 (25) 는 기상 계측 장치 (1) 의 측정자를 절삭액이나 절삭 조각으로부터 보호하기 위한 커버이다. 자동 개폐 커버 (25) 는 자바라식이나 유연한 재질로 수축·팽창이 용이한 재질의 것을 사용하면 된다. 자동 개폐 커버 (25) 가 열린 상태에서는 측정자 (측정자의 봉 (1e), 구형 측정자 (1f)) 는 계측 공간에 노출되어 있어, 계측이 가능하다.

자동 개폐 커버 (25) 는 압축 공기 공급 장치 (40) 로부터 공급되는 압축 공기에 의해 전자 밸브 (41, 42) 를 개폐하고, 공압식 로터리 액추에이터 (26) 를 구동시킴으로써 개폐한다. 공압식 로터리 액추에이터 (26) 의 풀리 (27) 의 회전은 자동 개폐 커버 (25) 의 회전축에 장착된 풀리 (29) 에 벨트 (28) 를 개재하여 전달된다.

수치 제어 장치 (8) 의 I/O 유닛을 개재하여 지령되는 신호에 의해, 전자 밸브 (41) 및 전자 밸브 (42) 의 개폐 동작이 실시된다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 전자 밸브 (41) 에 대한 커버 열림 신호 (ON) 와 전자 밸브 (42) 에 대한 커버 닫힘 신호 (OFF) 에 의해 전자 밸브 (41) 가 열림, 전자 밸브 (42) 가 닫힘일 때, 압축 공기 공급 장치 (40) 로부터 공급되는 압축 공기에 의해, 공압식 로터리 액추에이터 (26) 를 구동시키고, 자동 개폐 커버 (25) 를 연다. 한편, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 수치 제어 장치 (8) 로부터 전자 밸브 (42) 가 열림, 전자 밸브 (41) 가 닫힘의 신호가 각 전자 밸브 (41, 42) 에 부여되면, 자동 개폐 커버 (25) 는 닫힌다. 자동 개폐 커버 (25) 가 닫힌 상태에서 가공 대상물 (20) 의 공구 (32) 를 사용하는 가공과 세정이 실시된다.

또한, 자동 개폐 커버 (25) 의 동작에 있어서는 이 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 회전식이 아니라 직선적인 슬라이드식이어도 된다. 또, 구동원이 압축 공기가 아니라 직접 수치 제어 장치 (8) 로부터의 전원을 접속하여, 전기 모터에 의해 구동시키는 방식으로 해도 된다. 공압을 이용하는 이점은 발열이 없기 때문에 계측에 영향이 적다는 것이다.

Claims

복수의 구동축을 갖고, 수치 제어 장치에 의해 상기 구동축을 제어하여 공구와 가공 대상물을 상대 이동시켜 가공 대상물에 가공을 실시하고, 또한, 프로브를 구비한 기상 계측 장치와 가공 대상물을 상대 이동시킴으로써 가공 대상물의 측정을 실시하는 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계로서,
상기 구동축의 위치를 검출하는 위치 검출기와,
상기 위치 검출기에서 검출한 위치를 상기 수치 제어 장치에 입력하는 입력 부와,
상기 입력된 구동축의 위치에 따라 상기 가공 대상물에 대해 가공을 실시할지, 상기 기상 계측 장치에 의해 상기 가공 대상물의 측정을 실시할지, 상기 가공 대상물의 세정을 실시할지, 또는 상기 프로브의 세정을 실시할지를 판단하는 작업 판단부와,
상기 작업 판단부의 판단에 기초하여, 상기 가공 대상물에 대한 가공, 상기 기상 계측 장치에 의한 측정, 상기 가공 대상물의 세정, 또는 상기 프로브의 세정의 실행을 지령하는 실행 지령부를 갖는 상기의 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 공구와 상기 기상 계측 장치가 동일 구동축에 장착되어 있고,
상기 공구에 의해 상기 가공 대상물을 가공할 수 있는 상기 구동축의 이동 범위를 유효 가공 범위로 하고, 또, 상기 기상 계측 장치에 의해 상기 가공 대상물을 측정할 수 있는 상기 구동축의 이동 범위를 유효 계측 범위로 하며,
상기 작업 판단부는,
상기 구동축이 상기 유효 가공 범위에 있는 경우에는 가공 가능 상태로 판단하고,
상기 유효 가공 범위에도 유효 계측 범위에도 속하지 않는 경우에는 세정 대기 상태로 판단하며,
상기 구동축이 상기 세정 대기 상태로부터 상기 유효 계측 범위로 들어간 경우에는 세정 유효 상태로 판단하고,
상기 세정 유효 상태로부터 실제로 일정 시간 세정이 실시되고 나서 세정이 정지된 경우에는 세정 종료 상태로 판단하며,
상기 세정 종료 상태로서 상기 유효 계측 범위에 있는 경우에는 계측 가능 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수치 제어 장치는, 상기 작업 판단부의 판단에 기초하는 작업 상태에 따라, 공구에 의한 절삭, 세정액 노즐의 작동, 세정 브러시의 작동, 기상 계측 장치의 작동, 기상 계측 장치를 보호하는 커버의 개폐를 실시하는 신호를 출력하는 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 기상 계측 장치를 보호하는 커버는, 상기 기상 계측 장치를 절삭액, 절삭 조각으로부터 보호하기 위한 커버이며,
상기 커버는 액추에이터에 의해 개폐되고,
상기 작업 판단부에 의해 계측 가능 상태로 판단되었을 때에 상기 액추에이터에 의해 열리는 기상 계측 장치를 갖는 공작 기계.