(57)【要約】 【課題】  多刃工具を含めた工具折損、工具に対する切り屑の巻付き、が検出できる工具異常検出装置を提供するものである。【解決手段】  工具マガジン８の割出ベース１３に工具重量を測定する重量センサ１７の一端を固着し、重量センサ１７の他端に工具Ｔを保持する工具ポット１９を取付ける。主軸３ａと工具マガジン８との間での工具交換動作に伴って工具ポット１９に装着された加工後の工具Ｔの重量を工具ポット１９ごと測定する。その測定値から求めた加工後の工具Ｔのみの重量の測定値と、予め計測されている当該工具Ｔの基準重量値とを比較する。その比較結果から工具状態を判別する。【選択図】  図４
2006051561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸と工具マガジンとの間で工具を交換するようにしてある工作機械において、加工後の工具重量を測定する重量センサと、その重量センサによる測定値と予め計測されている当該工具の基準重量値とを比較し、その比較結果に基づき、工具状態を判別する判別手段とを備えたことを特徴とする工作機械における工具異常検知装置。
【請求項２】
工具交換時に工具を保持する工具ポットを重量センサを介して基準側部材に取り付け、工具交換動作に伴なってその工具ポットに工具が装着された時に、工具重量を工具ポットごと測定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の工作機械における工具異常検知装置。
【請求項３】
基準側部材を工具マガジンの割出ベースとし、その割出ベースに設けられる複数の工具ポットを、夫々重量センサを介して前記割出ベースに装着し、主軸から各工具ポットへ加工後の工具を返却した時、前記重量センサで工具ポットごと工具重量を測定するようにしたことを特徴とする請求項２記載の工作機械における工具異常検知装置。
【請求項４】
主軸と工具移送装置との間で工具をやり取りし、工具移送装置と工具マガジンとの間で工具をやり取りするようにしてある工作機械において、前記工具移送装置の移送ベースに重量センサを設け、その重量センサによる測定値と予め計測されている当該工具の基準重量値とを比較し、その比較結果に基づき、工具状態を判別する判別手段を備えたことを特徴とする工作機械における工具異常検知装置。
【請求項５】
判別手段は、基準重量値より小さな重量値が重量センサで検出されたときには工具折損と判断する第１判別手段と、基準重量より大きな重量値が重量センサで検出されたときには切粉巻付き異常と判断する第２判別手段とを含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の工作機械における工具異常検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械における加工工具の折損、欠け、切粉の巻付きを検出する工具異常検出装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載のように、工具交換動作の工具通過経路上でタッチセンサで工具長さをチェックして工具折損の有無を検出するもの、特許文献２に記載のように工具マガジンと主軸との間で工具交換を行う工具交換アームによる工具移動軌跡の途中に、発光素子と受光素子とが対向した光電センサを設けて、その光電センサの間を工具先端が横切ることで工具の折損を検知するもの、主軸に装着された工具を工具マガジンに戻した時に検出子が工具先端と接触して工具折損を検知するものなど各種の刃具折損検知装置が公知である。
【０００３】
特許文献４のように、新たに使用する工具や不要工具について工具マガジンラックに対する搬出入の段取りをする工具段取り部の移動台に重量センサを設けておき、ラックに工具を搬入するに先立って工具の重量を測定して予め記憶し、この重量に基づいて、工具交換アームの回転速度を最適なものとしたり、工具搬送速度を最適なものにしたりするものも公知である。
【０００４】
特許文献５には、ドリルなどの工具でワーク加工を行ない、加工後のワーク重量を重量検出器で測定して、測定値が加工後の基準となるワーク重量より重い場合には、刃具の折損で削り残しがあるなどを検知する加工異常検出装置が開示されている。特許文献６には、多刃工具をカメラで撮像して画像データから解析してチップの欠損を検知する装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−９０７８６号公報
【特許文献２】特開２０００−１７６７７６号公報
【特許文献３】実用新案登録第２６０３６５６号号公報
【特許文献４】特開２００１−１０５２６６号公報
【特許文献５】特開昭５８−５６７５３号公報
【特許文献６】特開昭１０−９６６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３のものでは、主にドリルのような形状の刃具の先端折れを検出するには適しているが、フライスなど、複数のチップを先端に有する多刃工具に対しては、適用し難い問題がある。また、ドリルのような刃具においても、刃具に切り屑が巻付いているなどの異常については、特許文献１〜３のものでは対応できない。
特許文献４の技術では工具重量を測定してはいるが、その工具重量の検出値を工具状態の判定に用いているものではない。特許文献５は、加工後ワーク重量を測定して間接的に工具状態を判定しようとするものであり、工具重量から工具状態を判別するものではない。
特許文献６の技術では、多刃工具のチップ欠損を検出できるが、画像解析を伴なう非常に高価な設備となり、費用面から採用し難い一面がある。
この発明は、多刃工具を含めた工具折損、工具に対する切り屑の巻付き、が検出できる工具異常検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の工作機械における工具異常検出装置は、主軸と工具マガジンとの間で工具を交換するようにしてある工作機械において、加工後の工具重量を測定する重量センサと、その重量センサによる測定値と予め計測されている当該工具の基準重量値とを比較し、その比較結果に基づき、工具状態を判別する判別手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
工具交換時に工具を保持する工具ポットを重量センサを介して基準側部材に取り付け、工具交換動作に伴なってその工具ポットに工具が装着された時に、工具重量を工具ポットごと測定するようにした。
【０００９】
基準側部材を工具マガジンの割出ベースとし、その割出ベースに設けられる複数の工具ポットを、夫々重量センサを介して前記割出ベースに装着し、主軸から各工具ポットへ加工後の工具を返却した時、前記重量センサで工具ポットごと工具重量を測定するようにした。
【００１０】
また本願工作機械における工具異常検知装置は、主軸と工具移送装置との間で工具をやり取りし、工具移送装置と工具マガジンとの間で工具をやり取りするようにしてある工作機械において、前記工具移送装置の移送ベースに重量センサを設け、その重量センサによる測定値と予め計測されている当該工具の基準重量値とを比較し、その比較結果に基づき、工具状態を判別する判別手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
判別手段は、基準重量値より小さな重量値が重量センサで検出されたときには工具折損と判断する第１判別手段と、基準重量より大きな重量値が重量センサで検出されたときには切粉巻付き異常と判断する第２判別手段とを含んでいる。
【発明の効果】
【００１２】
本願装置では、工具折損で工具重量が軽くなった場合、切り屑の巻付きで工具重量が増加した場合のいずれも、そうした事態の起きていない基準重量との比較で検出できる。また、フライスなどの多刃工具であっても、チップの欠損などでは工具重量が変化するから、こうした多刃工具の工具異常も検知できる。
また、工具交換時に工具を保持する工具ポットを重量センサを介して基準側部材に取り付け、その工具ポットに加工後工具が装着された時に工具重量を検知するようにしたので、重量測定のために格別に検知工程を設けることなく、工具交換動作の中で重量測定ができ工具交換動作が長くなることがない。
【実施例】
【００１３】
図１〜２に示すように、工作機械１のベース２上には、前面に上下に移動可能な主軸３ａを備え、前後左右に移動できる移動コラム３と、ワークＷを載置するワークベース４とが設置されている。ベース２の後部には前記移動コラム３の左右の移動範囲の外側となる位置に左右一対の支柱５，６が設けてあり、その支柱５，６の上端に支持ベース７が片持ち状態で固定され、前記移動コラム３上方に位置している。支持ベース７の上側には、複数の工具Ｔを保持している工具マガジン８が設けられ、支持ベース７の下面には、前記工具マガジン８と移動コラム３の主軸３ａとの間で工具Ｔを交換させる交換アーム９ａを備えた工具交換装置９とが取付けてある。この工作機械１は通常の加工においては、工具マガジン８から工具交換装置９により移動コラム３の主軸３ａに工具Ｔを装着し、移動コラム３の前後左右移動及び主軸３ａの上下移動によって、治具ベース４に保持したワークＷの加工を行なう。１０、１１は工作機械１のベース２に設置した側面カバーである。また、工作機械１の後方部分には、制御手段１２が設けてあり、通常の加工プログラムに従った機械動作制御や後述の工具異常検出プログラムによる工具状態検知を実行する。
【００１４】
工具マガジン８の割出ベース１３は基準側部材であり、図４に示すように、支持ベース７上に設けられた割出ベース支持部材１４に割出ベース１３の旋回軸１３ａによって旋回割出可能に支持されている。旋回軸１３ａは、ギヤ装置１５を介して割出モータ１６に連結されている。割出ベース１３の前面１３ｂには複数の重量センサ１７が円周方向に等間隔に設けられている。重量センサ１７は周知のロードセルであり、簡単に説明すると、起歪体１８の上、下面の４ヶ所に図示しないストレンゲージを貼着し、そのストレンゲージを電気的にブリッジ接続し、起歪体１８の一端を固定し、他端の自由端に荷重が作用することで起歪体１８がたわみ、起歪体１８に貼着したストレンゲージが歪、この歪に対応して出力電気信号（抵抗値）が変化し、その出力電気信号を重量に変換して重量を計測するものである。起歪体１８の一端は割出ベース１３の前面１３ｂに固定されており、自由端である他端には工具Ｔを保持する工具ポット１９が固着されている。この重量センサ１７からの出力電気信号は制御手段１２に入力され制御手段１２で工具ポット１９と工具Ｔの合計重量が測定されるようになっている。この重量センサ１７と後述の判別手段とで工具異常検知装置が構成される。
【００１５】
割出ベース１３の中心には支持ベース７に固定された固定軸２０が貫通しており（図４）、固定軸２０の前端部分にはポット押え装置２１のポット押え２２が設けられている。また、支持ベース７にもポット押え２３が設けられている。ポット押え２２，２３は、図３、図４に示す割出位置Ｐ１に割り出された工具ポット１９をはさんで上下方向に対向して配置されており、工具ポット１９の外周面を上下から挟持できるようになっている。これらのポット押え２２，２３は、適当な構成のものでよいが、例えばシリンダ２４のロッド２５の先端に保持部材２６を設けてロッド２５の出没により工具ポット１９を挟持する。このポット押え装置２１は制御手段１２により制御される。このポット押え装置２１は、制御装置１２からの指令により、後述の図６に示す交換アーム９ａのタイミングチャートにおいて、交換アーム９ａが図５の待機位置から旋回を開始して２７０度旋回し交換アーム９ａが後退して工具ポット１９と主軸３ａの両工具Ｔ，Ｔを入れ替えて夫々に装着するまでの間、工具ポット１９を挟持している。このポット押え装置２１の工具ポット１９の挟持によって工具交換時の衝撃が重量センサ１７に直接伝わらないようになっている。
【００１６】
工具交換装置９の交換アーム９ａは、図５に示すように旋回機構２７及び進退機構２８を介して駆動モータ２９に連結されている。交換アーム９ａは駆動モータ２９が駆動すると旋回機構２７により正方向（図５において右回転）への９０度旋回と１８０度旋回と逆方向（図５において左回転）への９０度旋回を行い、進退機構２８により軸線方向に進退する。交換アーム９ａは、図６に示すタイミングチャートに従って、水平な待機位置から工具マガジン８の割出位置Ｐ１に割り出された工具ポット１９に保持された工具Ｔと主軸３ａ先端の工具Ｔとを把持する把持位置に正方向に９０度旋回して割出位置Ｐ１の工具Ｔと主軸３ａ先端の工具Ｔとを把持した後、主軸軸線方向前方に移動して両工具Ｔ，Ｔを夫々割出位置Ｐ１の工具ポット１９、主軸３ａ先端から抜き取り、正方向に１８０度旋回して両工具Ｔ，Ｔの位置を入れ替え、その後、主軸軸線方向に後退して工具Ｔ，Ｔを割出位置Ｐ１の工具ポット１９、主軸３ａ先端に夫々装着し、把持位置から工具Ｔを開放する逆方向に９０度旋回して待機位置に戻る。前記駆動モータ２９は、駆動モータ２９の回転を検出するエンコーダ３０を備えており、エンコーダ３０は制御装置１２に連結されている。工具交換装置９の駆動モータ２９は制御装置１２からの指令に基づいて回転が制御され、また、エンコーダ３０からは駆動モータ１２の回転量を検知するための入力パルスが制御装置１２に入力され、この入力パルスに基づき工具ホルダ交換動作の各工程を検知している。
【００１７】
制御装置１２は、図７のフローチャートに示す工具異常検出プログラムに従って、工具異常の検出処理を行う。工具異常検出プログラムは、先ず、工具交換が開始されるとステップＳ１で工具マガジン８において図３〜５に示す割出位置Ｐ１に旋回割出されている工具ポット１９をポット押え装置２１により挟持し、交換アーム９ａの正方向への２７０度旋回及び後退完了タイミングとなったかをエンコーダ３０からの入力パルスにより判断する。交換アーム９ａの２７０度旋回及び後退完了タイミングを検知すると、ステップＳ２で工具ポット１９をポット押え装置２１から開放し、重量センサ１７に工具Ｔと工具ポット１９の合計重量がかかり、割出位置Ｐ１の重量センサ１７からの出力電気信号が制御装置１２に読み込まれ、工具Ｔと工具ポット１９の合計重量を測定する。
【００１８】
次にステップＳ３でステップＳ２で測定した工具ポット１９に保持された工具Ｔの合計重量の測定値から工具Ｔのみの工具重量の測定値を算出し、その工具Ｔの工具重量の測定値とその測定された当該工具Ｔのツールナンバーに対応した基準重量値とを比較し、その比較結果に基づき工具状態を判断する。ここで各工具Ｔの基準重量値は各工具Ｔを識別する番号であるツールナンバー毎に制御装置１２に予め登録されている。勿論、予め工具Ｔと工具ポット１９の合計重量を基準重量値として登録しておき、重量センサ１７で測定された工具Ｔと工具ポット１９の合計重量の測定値と比較しても良い。ステップＳ３で測定された工具重量の測定値が基準重量値より小さい場合にはステップＳ４に進む。このとき、測定された工具Ｔの重量は折損、欠けにより減少しているので、ステップＳ４で工具折損と判断され、ステップＳ５で報知手段（例えばアラーム）により工具異常が報知される。また、ステップＳ３で測定された工具重量の測定値が基準重量値より大きい場合にはステップＳ６に進む。このとき、測定された工具Ｔの重量は切粉の巻付きにより増加しているので、ステップＳ６で切粉巻付き異常と判断され、ステップＳ７で報知手段により工具異常が報知される。また、ステップＳ３で測定された工具Ｔの重量が基準重量値であればステップＳ８で正常と判断される。
【００１９】
ステップＳ５，Ｓ７の報知手段により工具異常が報知された場合には、その後、工具マガジン８に収容された工具Ｔを作業員が取り出して工具Ｔを交換するなどの適宜な措置がとられる。前記ステップＳ３は工具ポット１９と工具Ｔの合計重量の測定値を示す重量センサ１７からの出力電気信号から工具重量の測定値を算出しこれと対応する工具Ｔの基準重量値と比較する工具重量値算出比較手段であり、ステップＳ３の比較結果に基づいて、ステップＳ４は工具折損と判断する第１判別手段であり、ステップＳ６は切粉巻付き異常と判断する第２判別手段であり、ステップＳ８は正常と判断する第３判別手段であり、ステップＳ３とステップＳ４とステップＳ５とステップＳ８とで判別手段を構成している。尚、ステップＳ３では、制御装置１２に予め登録された各工具Ｔの基準重量値を用いて判別を行うとしたが、以前の加工終了時に測定された工具重量を基準重量値としてツールナンバーと対応して制御装置１２内に記憶し、工具重量の比較に用いることもできる。
【００２０】
次に第２の実施例について説明する。これは工具マガジン８と工具交換装置９との間に工具移送装置３１を配置し、主軸３ａと工具移送装置３１との間で工具Ｔをやり取りし、工具移送装置３１と工具マガジン８との間で工具Ｔをやり取りするようにし、工具移送装置３１の工具Ｔを移送する移送ベース３２に重量センサ１７を設け、第１の実施例と略同様に加工後の工具Ｔの工具状態を重量センサ１７により測定した工具重量の測定値から判別するものである。１例として図８、図９に示す工作機械１により説明する。工具マガジン８と主軸３ａの間に工具移送装置３１を設け、工具Ｔを保持する工具ポット１９を割出ベース１３の一対のグリッパ（挟持部材）３３で着脱可能に把握するものであり、前記第１の実施例と同一の部分には同一の符号を付けて説明を省略する。
【００２１】
グリッパ３３は、割出ベース１３に旋回中心に対して放射状に複数設けられている。また、工具マガジン８には、挟持された工具ポット１９の外周側にガイドレール３４が設けられている。このガイドレール３４は図８に示すように円弧形状をしており、工具ポット１９が割出ベース８の半径方向外側へ逃げるのを防止しており、また、割出位置Ｐ１で切欠部３５が形成されている。また、割出位置Ｐ１から直下の工具交換位置Ｐ２へ向かう工具搬送方向に沿う側方ガイド３６が支持ベース７上のベース３７に設けられており、工具ポット１９が工具移動装置３１の移送体４２により割出位置Ｐ１から工具交換位置Ｐ２に移送される際に、工具ポット１９外周面と摺接し、工具ポット１９が移送体４２から図８において左右方向に抜出るのを防止する。ベース３７の図８、図９に示す工具交換位置Ｐ２に対応する部分には、ポット押え装置３８が設けられており、工具ポット１９を保持部材３９とシリンダ４０のロッド先端の保持部材４１とで側方から挟持固定する。工具移送装置３１は、工具マガジン８の割出位置Ｐ１の工具Ｔを工具ポット１９と一体に、工具交換アーム９ａに受け渡す工具交換位置Ｐ２へ移送する。工具移送装置３１に備えられた移送体４２は、割出位置Ｐ１に旋回割出された工具ポット１９を保持するものであり、工具ポット１９が割出位置Ｐ１において通過できるように図９に示すように工具マガジン８の旋回割出方向が開放された断面コ字形状に形成されている。また、移送体４２は、重量センサ１７の起歪体１８の他端に取り付けられ、起歪体１８の一端が移送シリンダ４３のロッド４４先端の移動ベース３２に固着され、移送体４２はロッド４４の伸縮により割出位置Ｐ１と工具交換位置Ｐ２との間で工具ポット１９を側方ガイド３６に沿って直線移送する。４５は、移動ベース３２を案内するガイドレールである。
【００２２】
工具異常検知も前記第１実施例と略同様であり、先ず割出位置Ｐ１に割り出された工具ポット１９が工具交換位置Ｐ２に移送された後、ポット押え装置３８により工具ポット１９を挟持し、工具交換位置Ｐ２の工具Ｔと主軸３ａの加工後の工具Ｔの工具交換が行われ、図７のフローチャートの各ステップに従い、ステップＳ１，Ｓ２でポット押え装置３８から工具ポット１９が開放され、重量センサ１７からの出力電気信号から制御手段１２で加工後の工具Ｔと工具ポット１９と移送体４２の合計重量の測定値が計測される。このとき側方ガイド３６は側方から工具ポット１９外周面に当接するのみなので重量の測定に影響しない。次にステップＳ３で合計重量の測定値から加工後の工具Ｔのみの工具重量の測定値を算出し、その工具重量の測定値とその工具Ｔに対応する基準重量値とが比較され、工具重量の測定値が基準重量値より小さい場合にはステップＳ４，Ｓ５が実行されて工具折損と判断され、工具重量の測定値が基準重量値より大きい場合にはステップＳ６，Ｓ７が実行されて切粉巻付き異常と判断されて、工具重量の測定値が基準重量値であればステップＳ８で正常と判断される。勿論、工具Ｔと工具ポット１９と移送体４２の合計重量を基準重量値としても良い。
【００２３】
尚、前記実施例１、２において、工具Ｔが装着された工具ポット１９の合計重量または、工具Ｔと工具ポット１９と移送体４２の合計重量を測定しているが、工具Ｔの工具重量のみを測定するようにしても良い。また、重量センサとしてロードセルを用いたがこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本願発明の工具異常検知装置を備えた工作機械の正面図である。
【図２】工作機械の側面図である。
【図３】要部を拡大した正面図である。
【図４】重量センサ及びポット押え装置の概要を示す側面図である。
【図５】工具交換装置の概要を示す図である。
【図６】工具交換のタイミングチャートである。
【図７】工具異常検出プログラムを示すフローチャートである。
【図８】第２実施例の要部正面図である。
【図９】第２実施例の要部側面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  工作機械
３ａ  主軸
８  工具マガジン
１３  基準側部材（割出ベース）
１７  重量センサ
１９  工具ポット
３１  工具移送装置
３２  移動ベース
Ｔ  工具
【図１】
2006051561.tif 000003
【図２】
2006051561.tif 000004
【図３】
2006051561.tif 000005
【図４】
2006051561.tif 000006
【図５】
2006051561.tif 000007
【図６】
2006051561.tif 000008
【図７】
2006051561.tif 000009
【図８】
2006051561.tif 000010
【図９】
2006051561.tif 000011