(57)【要約】【課題】  マシニングセンタなどの工作機械によるヘール加工に用いる切削工具の形状を測定する際に、主軸回転中心と工具中心の位置ずれ量と、工具正面の角度のずれ量と、工具半径を測定する方法を提供する。【解決手段】  主軸の回転制御により、切削工具を工具正面がＹＺ平面に略平行になるように割出位置決めし、刃先の５個所のＹＺ平面内の座標（ｙ´１，ｚ´１〜ｙ´５，ｚ´５）を測定し、前記工具正面の、ＹＺ平面に対するＹ軸回りの角度（β）及びＺ軸回りの角度（γ）、主軸回転中心と工具の円弧の中心との、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置ずれ（Δｙ、Δｚ）、工具の円弧の半径（Ｒ）を求めた後、主軸を所定角度回転させ、１個所のＹＺ平面内の座標（ｙ´６，ｚ´６）を測定して、主軸回転中心と工具の円弧の中心との、Ｘ軸方向の位置ずれ（Δｘ）を求める。【選択図】  図１
2006289513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向の送り軸制御による移動と主軸の回転角度制御により、主軸に取り付けた切削工具でワークを加工する工作機械において、加工に用いられる刃先が円弧形状をした非回転の切削工具を測定する方法であって、主軸の回転角度制御により、前記切削工具の工具正面をＺ軸とＹ軸とを含む平面（ＹＺ平面）に平行になるように割出したときの、前記主軸の回転中心と前記切削工具の円弧中心との前記Ｙ軸及びＺ軸方向の位置ずれ（Δｙ、Δｚ）、前記工具正面の、前記ＹＺ平面に対するＹ軸回りの角度ずれ（β）、前記工具正面の、前記ＹＺ平面に対するＺ軸回りの角度ずれ（γ）、前記切削工具の円弧半径（Ｒ）の内、少なくとも１つ以上ｎヶの未知の値と、前記主軸の回転中心と前記切削工具の円弧中心との前記Ｘ軸方向の位置ずれ（Δｘ）とを、前記ＹＺ平面内の２次元座標を測定する測定装置により求める測定方法において、
主軸の回転角度制御により、前記切削工具の工具正面を前記ＹＺ平面に略平行になるよう割出し、
任意のｎ点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´１，ｚ´１・・・ｙ´ｎ，ｚ´ｎ）を測定し、
主軸を回転角度制御により所定角度回転させ、
任意の１点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´，ｚ´）を測定し、
前記任意のｎ点と１点の測定刃先座標から、主軸回転中心と工具中心の位置ずれ（Δｘ、Δｙ、Δｚ）と工具正面の角度ずれ（β、γ）と工具半径（Ｒ）との内、未知の値を求めることを特徴とする工作機械の工具測定方法。
【請求項２】
前記任意のｎ点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´１，ｚ´１・・・ｙ´ｎ，ｚ´ｎ）から、前記Ｙ軸及びＺ軸方向の位置ずれ（Δｙ、Δｚ）、前記Ｙ軸回りの角度ずれ（β）、前記Ｚ軸回りの角度ずれ（γ）、前記切削工具の円弧半径（Ｒ）の内の未知の値を求め、
求めた未知の値と所定角度回転後の前記任意の１点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´，ｚ´）から、前記Ｘ軸方向の位置ずれ（Δｘ）を求めることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の工具測定方法。
【請求項３】
前記任意のｎ点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´１，ｚ´１・・・ｙ´ｎ，ｚ´ｎ）及び、所定角度回転後の任意の１点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´，ｚ´）の測定を、前記Ｘ軸に平行なレーザ光を用いて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械の工具測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマシニングセンタなどの工作機械によるヘール加工に用いる切削工具の形状を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタは通常は回転工具を用いてワークを加工するものであるが、回転工具に代えてヘールバイトなどの非回転の切削工具を主軸に取り付け、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の運動に同期させて、先端に切削工具を保持した主軸の角度を制御することで、切削工具正面を常に切削方向に向けて加工する、一般にヘール加工と呼ばれる加工方法が知られている。
【０００３】
こうしたヘール加工は、主に溝加工などに用いられ、切削工具の形状も、加工する溝の形状に合わせたものが一般的であったが、近年は加工形状とは異なる刃先断面を有する切削工具を使用する例も出てきている。例えば、特許文献１には、５軸制御可能なマシニングセンタにおいて総形バイトを用いて、刃先断面とは異なる断面形状をした加工形状を加工する切削加工法が提案されている。こうした中で、工具の刃先が円弧形状をした切削工具は、任意の自由曲面を創成することができるため汎用性が高い。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−７１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、こうした非回転の切削工具を主軸に取り付け、主軸の回転角度を制御して加工を行う場合には、切削工具の取り付け精度が非常に重要な問題となる。しかしながら、工具を取り付けた主軸回転中心と切削工具中心位置を一致させることや、さらに切削工具の正面角度を一致させることは非常に困難な作業であり、主軸回転中心と切削工具中心との位置ずれや、切削工具の正面角度に不一致があると、加工形状に誤差が生じていた。また、工具半径についても正確にはわからず、同様に加工形状に誤差を生じる要因となっていた。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、例えばマシニングセンタなどの工作機械によるヘール加工に用いる切削工具の形状を測定する際に、主軸回転中心と工具中心の位置ずれ量と、工具正面の角度のずれ量と、工具半径を測定する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために本発明の工作機械の測定方法は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向の送り軸制御による移動と主軸の回転角度制御により、主軸に取り付けた切削工具でワークを加工する工作機械において、加工に用いられる刃先が円弧形状をした非回転の切削工具を測定する方法であって、主軸の回転角度制御により、前記切削工具の工具正面をＺ軸とＹ軸とを含む平面（ＹＺ平面）に平行になるように割出したときの、前記主軸の回転中心と前記切削工具の円弧中心との前記Ｙ軸及びＺ軸方向の位置ずれ（Δｙ、Δｚ）、前記工具正面の、前記ＹＺ平面に対するＹ軸回りの角度ずれ（β）、前記工具正面の、前記ＹＺ平面に対するＺ軸回りの角度ずれ（γ）、前記切削工具の円弧半径（Ｒ）の内、少なくとも１つ以上ｎヶの未知の値と、前記主軸の回転中心と前記切削工具の円弧中心との前記Ｘ軸方向の位置ずれ（Δｘ）とを、前記ＹＺ平面内の２次元座標を測定する測定装置により求める測定方法において、主軸の回転角度制御により、前記切削工具の工具正面を前記ＹＺ平面に略平行になるよう割出し、任意のｎ点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´１，ｚ´１・・・ｙ´ｎ，ｚ´ｎ）を測定し、主軸を回転角度制御により所定角度回転させ、任意の１点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´，ｚ´）を測定し、前記任意のｎ点と１点の測定刃先座標から、主軸回転中心と工具中心の位置ずれ（Δｘ、Δｙ、Δｚ）と工具正面の角度ずれ（β、γ）と工具半径（Ｒ）との内、未知の値を求めることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記任意のｎ点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´１，ｚ´１・・・ｙ´ｎ，ｚ´ｎ）から、前記Ｙ軸及びＺ軸方向の位置ずれ（Δｙ、Δｚ）、前記Ｙ軸回りの角度ずれ（β）、前記Ｚ軸回りの角度ずれ（γ）、前記切削工具の円弧半径（Ｒ）の内の未知の値を求め、求めた未知の値と所定角度回転後の前記任意の１点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´，ｚ´）から、前記Ｘ軸方向の位置ずれ（Δｘ）を求める用にすることができる（請求項２）。
【０００９】
また、前記任意のｎ点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´１，ｚ´１・・・ｙ´ｎ，ｚ´ｎ）及び、所定角度回転後の任意の１点の刃先のＹ軸座標及びＺ軸座標（ｙ´，ｚ´）の測定は、前記Ｘ軸に平行なレーザ光を用いて行うのが好ましい（請求項３）。
【００１０】
本発明の請求項１又は２の測定方法によれば、工具中心の位置ずれ量と、工具正面の角度のずれ量と、工具半径と、を正確に求めることができる。また、求めた工具中心の位置ずれ量と、工具正面の角度のずれ量と、工具半径と、をＮＣ装置に入力し、これらのずれ量を加味した位置指令をＮＣ装置が出力することで加工形状の誤差が改善できる。また、平面（ＹＺ平面）内の座標を測定する測定装置では本来測定不可能なＸ軸方向の工具中心のずれ量を正確に求めることができる。
【００１１】
本発明の請求項３の測定方法によれば、既設の工作機械に非接触式の工具長測定装置を用いることで容易に本発明を実施可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図４は本発明の測定方法を実施する構成を示す図であって、図示しないマシニングセンタの主軸に取り付けられた切削工具１を、非接触工具長測定装置２を用いて測定する状態を示す図である。
【００１３】
非接触工具長測定装置２は、切削工具１と非接触工具長測定装置２とが図示しないマシニングセンタの送り軸を利用することにより互いに直交３軸方向に移動可能となるように、図示しないマシニングセンタに固定されている。この非接触工具長測定装置２は、対向配置されたレーザ光源３とレーザ受光部４とから構成され、レーザ光源３から発射されたレーザ光５をレーザ受光部４が受光するようになっており、レーザ光源３とレーザ受光部４との間の位置に切削工具１が進入するとレーザ光５が遮断され、その時の工作機械の送り軸の座標値から、切削工具１のレーザ光５を遮断した位置の座標を算出することができる。このような非接触工具長測定装置２としては、ＢＬＵＭ社製のマシニングセンタ用Ｌａｓｅｒ『ＭＩＣＲＯ』等市販のものを使用することができる。
【００１４】
ここでは、非接触工具長測定装置２は、レーザ光５がマシニングセンタのＸ軸と平行となるように取り付けられている。このため、切削工具１と非接触工具長測定装置２とをＹＺ平面内で移動させて切削工具１を非接触工具長測定装置２に進入させ、レーザ光５が遮断された時の切削工具１のＹ軸及びＺ軸方向の座標が測定でき、レーザ光５と平行となるＸ軸方向の座標は測定できないこととなる。
【００１５】
この非接触工具長測定装置２を用いた本発明の工具測定方法を説明する。図５において、切削工具１は、刃先外形が円弧形状をなす切削工具を示しており、上記のようにレーザ光をＸ軸と平行となるように配置した非接触工具長測定装置２により測定を行うために、工具正面８をＹＺ平面と平行となるように図示しない主軸を制御した状態を示したものである。
【００１６】
しかしながら実際には、マシニングセンタ各部の部品の加工精度や組立精度などの要因により、主軸回転中心６と工具中心７とはＸＹＺの３軸方向それぞれにおいて位置ずれΔｘ、Δｙ、Δｚが生じていると共に、工具正面８はＹＺ平面に対し角度ずれを生じている。
【００１７】
ここで、工具正面８のＹＺ平面に対する角度ずれの理解をより容易にするため、切削工具を円と仮定して図６に示す。図６（ａ）は位置ずれや角度ずれのない理想的な状態を示すもので、ＹＺ平面内で中心が原点に位置する半径Ｒの円となる。しかしながら実際には部品精度や組立精度が要因となりこの位置からずれることになる。これを各方向に分解すると、図６（ｂ）に示すように、Ｙ軸に回りにβ傾き、さらに図６（ｃ）に示すようにＺ軸回りにγ傾いていると考えることができる。
【００１８】
したがって、実際には位置ずれとしてＸＹＺ軸方向にそれぞれΔｘ、Δｙ、Δｚ平行移動し、且つＹ軸に回りにβ傾き、Ｚ軸回りにγ傾いている円弧と考えることができ、このときの円弧上の位置ベクトルｐは次のように表すことができる。
【００１９】
【数１】
2006289513.tif 000003
【数２】
2006289513.tif 000004
【００２０】
ここで、本実施形態ではレーザ光５をＸ軸と平行に配置しているため、測定により求められるのはＹＺ座標のみであることから、ｐはＹＺ平面への写像（ｑ）と考えることができ、以下のように表すことができる。
【００２１】
【数３】
2006289513.tif 000005
【００２２】
したがって、レーザ光５による第ｎ番目の測定座標を（ｙ，ｚ）＝（ｙ´ｎ，ｃ´ｎ）とすると、以下のように表すことができる。
【数４】
2006289513.tif 000006
【００２３】
この式から、不明なパラメータβ、γ、Δｙ、Δｚ、Ｒを求めるには、工具外形上の任意の５個所を測定し、各々のＹ座標、Ｚ座標を上式に入れることにより、合計１５の式を作り、この方程式を解くことことにより求めることができる。
【００２４】
さらに、Δxを求めるために、Ｚ軸回りに既知の角度θ回転させて、同様にＹＺ平面への写像γを考えると次のように表すことができる。
【００２５】
【数５】
2006289513.tif 000007
【００２６】
したがって、５個所の測定を終えた後に、主軸を既知の角度θだけ回転させて、任意の第６番目の点を測定を行うことで次式が得られ、Δｘを求めることができる。
【数６】
2006289513.tif 000008
【００２７】
なお、これらの方程式は非線形方程式であるため直接的に解くことはできず、ニュートン・ラフソン法により反復的に解くことで解を得ることができる。
【実施例１】
【００２８】
本発明による工具測定方法の一例を図１及び図２、図３を用いて説明する。図１は本発明の測定方法のフローチャートであり、図２、図３は本発明の測定時の切削工具とレーザ光の状態を示している。図２（ａ）は主軸の制御により工具正面８をＸ軸方向に向けた切削工具１を工具正面方向から見た状態を示しており、図２（ｂ）はＺ軸方向工具先端側から見た状態を示している。図３（ａ）は主軸の制御により工具正面８を所定角度θ旋回させた後の切削工具１をＸ軸方向工具正面側から見た状態を示しており、図３（ｂ）はＺ軸方向工具先端側から見た状態を示している。
【００２９】
図１のフローチャートに基づき説明する。予め、切削工具１は工具正面８がＸ軸方向を向くように主軸を回転割出した状態で、図４のようにレーザ光源３とレーザ受光部４の間でＹＺ方向への移動でレーザを遮断可能な位置に位置決めされている。
【００３０】
まず、Ｓ１において、主軸角度を固定した状態で、ＹＺ平面内で切削工具１を非接触工具長測定装置２とを相対移動させることにより、図２（ａ）に示す工具刃先のＹＺ座標５点（ｙ´１，ｙ´１）から（ｙ´５，ｚ´５）を測定する。次にＳ２において、図３（ｂ）に示すように、主軸を既知角度θ回転させる。続いてＳ３において、ＹＺ平面内で切削工具１を非接触工具長測定装置２とを相対移動させることにより、図３（ａ）に示す第６番目の工具刃先のＹＺ座標（ｙ´６，ｚ´６）を測定する。最後にＳ４において、測定値から前述した方程式を演算して、位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δｚと、工具正面の角度のずれ量β、γと、工具半径Ｒを求める。
【００３１】
以上により求めることができた工具中心の位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δｚと、工具正面の角度のずれ量β、γと、工具半径ＲをＮＣ装置に入力し、これらのずれ量を加味した位置指令をＮＣ装置が出力することで加工形状の誤差を改善することができる。
【００３２】
尚、上記の実施形態では、工具中心の位置ずれ量Δｘ、Δｙ、Δｚと、工具正面の角度のずれ量β、γと、工具半径Ｒの全てを求めたが、これらの内Δｘ以外の値の内、既知となっている値がある場合には、測定する座標の数を減らしても良い。
【００３３】
また、本発明を直交３軸方向の位置ずれ量のみの算出に用いる場合、或いは工具正面の角度ずれ量のみの算出い用いる場合などは、上述の式に予め求める値以外について既知の値を入れ、式を簡略化して使用することも可能である。
【００３４】
また、上記の実施形態では、レーザ光がＸ軸に平行になるように非接触工具長測定装置を配置し、その結果、最後にＸ軸方向の位置ずれ量Δｘを求めるようになしたが、これに限定されるものではなく、レーザ光が他の送り軸、例えばＹ軸に平行になるように配置しても良く、その場合はＹ軸以外の未知の値を先に求め、その後主軸を回転させて１点を計測することによりＹ軸方向の位置ずれ量を求めることになる。
【００３５】
更に、工具長測定装置は、非接触式に限らず、送り軸の２方向を含む平面内でその２方向の座標値を求めることができるものであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による工具測定方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明の工具測定方法による工具正面がＸ軸方向を向いたときの工具刃先の測定点を示す図である。
【図３】本発明の工具測定方法による工具正面がＹＺ平面に対し所定角度回転させた状態での工具刃先の測定点を示す図である。
【図４】本発明の測定方法を実施する構成を示す図である。
【図５】本発明の工具測定時の工具と主軸回転中心との位置関係を示す図である。
【図６】工具と主軸回転中心との位置関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・切削工具
２・・・非接触工具長測定装置
３・・・レーザ光源
４・・・レーザ受光部
５・・・レーザ光
６・・・主軸回転中心
７・・・工具中心
８・・・工具正面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006289513.tif 000013
【図６】
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