(57)【要約】【課題】  工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、この主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械において、簡単かつ確実にチャックエラーを検出できる工作機械及びツールホルダの装着状態異常判定方法を提供することを目的とする。【解決手段】  工作機械１０を、所定の測定点から主軸に装着したツールホルダのフランジの外周面まで距離を測定する距離測定手段１２、３１と、フランジの回転量を検出する回転量検出手段３２と、回転量検出手段３２により検出された回転量に基づき距離測定手段で得られた測定データの所定回転量ごとの最大値を選択する最大値選択手段３４と、最大値の経時変化に基づいてツールホルダの主軸への装着状態の異常を判定する装着状態判定手段３５と、を備えて構成する。【選択図】      図１
2006315158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械において、
所定の測定点から、前記主軸に装着した前記ツールホルダのフランジの外周面まで距離を測定する距離測定手段と、
前記フランジの回転量を検出する回転量検出手段と、
前記回転量検出手段により検出された回転量に基づき、前記距離測定手段で得られた測定データの前記所定回転量ごとの最大値を選択する最大値選択手段と、
前記最大値の経時変化に基づいて、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態の異常を判定する装着状態判定手段と、
を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記回転量検出手段は、前記フランジの外周面に設けられた位置マークを検出することにより、該フランジの回転量を検出することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記位置マークは、前記フランジの外周面に設けられた切欠であり、
前記回転量検出手段は、前記距離測定手段の測定データに基づいて、前記切欠を検出することを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記装着状態判定手段は、ある時点で測定された前記最大値が、それ以前に測定された前記最大値よりも所定の閾値以上大きくなったとき、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態が異常であると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項５】
前記所定回転量は、１回転以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項６】
前記装着状態判定手段は、異なる時点で測定された前記最大値同士の差の累積値を算出し、該累積値が所定の閾値より大きくなったとき、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態が異常であると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項７】
前記装着状態判定手段は、前記フランジの外周面の同じ部分について異なる時点で測定された前記最大値同士の差の累積値を算出することを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
【請求項８】
前記装着状態判定手段は、前記フランジの外周面の複数の異なる部分のそれぞれについて前記累積値を計算し、これら累積値の和が所定の閾値より大きくなったとき、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態が異常であると判定することを特徴とする請求項７に記載の工作機械。
【請求項９】
ツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動する工作機械において、
所定の測定点から、前記主軸に装着した前記ツールホルダのフランジの外周面まで距離を測定し、
前記フランジの回転量を検出し、
検出された前記回転量に基づき、測定された前記測定データの前記所定回転量ごとの最大値を選択し、
選択された前記最大値の経時変化に基づいて、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態の異常を判定する、
ことを特徴とする、前記主軸を有する工作機械におけるツールホルダの装着状態異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械に係り、特にマシニングセンタ（ＭＣ）において自動で工具のチャックミスを検出する工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＣは、加工工程に従って各種工具を自動的に選択し、主軸に自動で装着して多種類の加工を行う装置である。このＭＣにおいて、工具の交換は自動工具交換（ＡＴＣ：オートツールホルダチェンジ）装置で行われ、ＡＴＣ装置は工具が取り付けられたツールホルダを工具マガジンから自動で取り出し、主軸に自動で装着する。
【０００３】
工具１を把持するツールホルダ２は、図１７の（Ａ）に示すように、円錐状の嵌合部２Ａを有しており、この嵌合部２Ａを主軸３に形成された円錐状の被嵌合部３Ａに嵌合させて装着される。しかし、図１７の（Ｂ）に示すように、この嵌合部分に切り屑９４などが付着すると回転軸が曲がって装着される。そして、この状態で主軸を高速回転させると、工具１の振れによる円心力のために、工具１を把持するツールホルダ２が主軸３から脱落する危険がある。
【０００４】
従来、このようなツールホルダのチャックミスは、たとえば主軸に装着されたツールホルダの工具先端にレーザー光を照射し、所定の位置に工具の先端が有るか無いかを検出することにより検出していた。すなわち、ツールホルダにチャックミスがなければ、工具の先端は常に所定の位置に有るはずであり、この工具の先端が所定の位置に無いことをもってチャックミスと判断するようにしていた。
【０００５】
また、本出願の出願人らは、ツールホルダ２のフランジ２Ｂ外周面の変位を渦電流センサ等で測定して、ツールホルダ２の回転に伴う変位の変化を検出して、ツールホルダのチャックミスを測定していた（例えば、下記特許文献１及び特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２００５４２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、工具の先端の有無をレーザー光で検出する従来の方法は、ＭＣのようにクーラントを大量に使用する状況下では、クーラントによってレーザー光が遮られやすく、検出ミスが発生しやすいという欠点がある。
また、ツールホルダ２のフランジ２Ｂ外周面には通常、後述するようにチャック用の切欠が設けられる。従ってフランジ２Ｂ外周面の位置の変動を測定する従来の方法では、この切欠のような凹凸などにより測定値が変動するため、ツールホルダ２のチャックミスを簡易な構成で判定することが困難であった。
【０００８】
上記問題点を鑑み、本発明は、簡単かつ確実にチャックエラーを検出できる工作機械及びツールホルダの装着状態異常判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ツールホルダが主軸から脱落する場合、主軸へのツールホルダの取り付け位置ズレ量は、主軸の回転が高速になるにつれて徐々に大きくなり、これに伴ってツールの振れが大きくなることが分かっている。そこで、本発明では、ツールホルダのフランジ外周面の変位量の経時変化に基づいてツールホルダの主軸への装着状態の異常を判定する。
そのとき、フランジが所定の回転量に亘って回転したときに測定される上記変位量の最大値を求め、この最大値の経時変化に基づいてツールホルダの主軸への装着状態の異常を判定する。
【００１０】
すなわち、本発明の第１形態に係る工作機械は、工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、この主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械において、所定の測定点から、主軸に装着したツールホルダのフランジの外周面まで距離を測定する距離測定手段と、フランジの回転量を検出する回転量検出手段と、回転量検出手段により検出された回転量に基づき、距離測定手段で得られた測定データの所定回転量ごとの最大値を選択する最大値選択手段と、最大値の経時変化に基づいて、ツールホルダの主軸への装着状態の異常を判定する装着状態判定手段と、を備えて構成される。
【００１１】
また、本発明の第２形態に係る、主軸を有する工作機械におけるツールホルダの装着状態異常判定方法は、ツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動する工作機械において、所定の測定点から、主軸に装着したツールホルダのフランジの外周面まで距離を測定し、フランジの回転量を検出し、検出された回転量に基づき測定された測定データの所定回転量ごとの最大値を選択し、選択された最大値の経時変化に基づいてツールホルダの主軸への装着状態の異常を判定する。
【００１２】
ここに、上記の回転量検出手段は、フランジの外周面に設けられた位置マークを検出することによりフランジの回転量を検出する。この位置マークは、フランジの外周面に設けられた切欠等により設置してよく、このとき回転量検出手段は、上記距離測定手段の測定データに基づいて切欠を検出することを特徴とすることとしてよい。
【００１３】
装着状態判定手段は、ある時点で測定された前記最大値が、それ以前に測定された前記最大値よりも所定の閾値以上大きくなったとき、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態が異常であると判定する。このとき、最大値選択手段は、ツールフランジが１回転以上回転した間に測定された測定データの最大値を選択することとしてよい。
【００１４】
また、装着状態判定手段は、異なる時点で測定された最大値同士の差の累積値を算出して、この累積値が所定の閾値より大きくなったとき、ツールホルダの主軸への装着状態が異常であると判定してもよい。このとき装着状態判定手段は、フランジの外周面の同じ部分について異なる時点で測定された最大値同士の差の累積値を算出することとしてよい。
【００１５】
さらに、装着状態判定手段は、前記フランジの外周面の複数の異なる部分のそれぞれについて累積値を計算し、これら累積値の和が所定の閾値より大きくなったとき、ツールホルダの主軸への装着状態が異常であると判定することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
フランジの所定の回転量毎にフランジ外周面の変位の最大値を求め、その経時変化に基づいて装着状態の異常を判定することによって、ツールホルダの外周面に形成された凹凸などによる測定値の変動に関わらず、回転するツールホルダの挙動をとらえることができるため、簡易で確実なツールホルダの装着状態異常判定を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面に従って本発明に係る工作機械の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明に係る工作機械に組み込まれたチャックミス検出装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。このチャックミス検出装置１０は、ＡＴＣ装置で主軸３に装着されたツールホルダ２のチャックミスを自動で検出する装置であり、主として測距センサ１２とデータ処理装置１４とで構成されている。
【００１８】
測距センサ１２は、主軸３が取り付けられたヘッド５にブラケット６を介して取り付けられている。この測距センサ１２は、主軸３に装着されたツールホルダ２のフランジ部２Ｂの外周面までの距離ｄを電気信号として検出する。測距センサ１２として渦電流センサを用いることが可能であるが、それ以外にも、ある特定の測定点からツールホルダ２の外周面までの距離を測定できる測距センサであれば渦電流センサに限らず、他のセンサを用いてもよい。この場合、渦電流センサのように非接触式のセンサに限らず、接触式のセンサを用いてもよい。
【００１９】
データ処理装置１４は、測距センサ１２で測定された測定データに基づきツールホルダ２のチャックミスを検出するもので、Ａ／Ｄコンバータ１６、ＣＰＵ１８、メモリ２０、入出力回路２２等を備えている。
Ａ／Ｄコンバータ１６は、測距センサ１２から出力された距離ｄを示す電気信号をディジタル信号に変換してＣＰＵ１８に出力する。ＣＰＵ１８は、後述するように、このディジタル信号に変換されたセンサ１２の測定データの経時変化に基づいて、ツールホルダ２の主軸３への装着状態の異常を判定して、その判定結果を入出力回路２２を介してＭＣを制御するＭＣ制御装置２４に出力する。
【００２０】
図２の（Ａ）は、図１に示すデータ処理装置１４により実現される機能ブロック図である。図示する通り、データ処理装置１４は、測距センサ１２から出力された距離信号に基づいてフランジ部２Ｂの外周面までの距離ｄを測定する距離測定部３１と、距離測定部３１から出力される測定データに基づいて、フランジ２Ｂの回転量を検出する回転量検出部３２と、回転量検出部３２により検出された回転量に基づき、距離測定手段３１で得られた測定データの前記所定回転量ごとの最大値を選択する最大値選択部３４と、この最大値の経時変化に基づいてツールホルダ２の装着状態の異常を判定する装着状態判定部３５と、とから成る各機能ブロックを実現する。
【００２１】
また、回転量検出部３２は、後述するツールホルダ２のフランジ部２Ｂの外周面に設けられた切欠を検出する切欠検出部３６を備える。さらに、データ処理装置１４は、フランジ部２Ｂの回転速度に応じた切欠検出部３６の切欠検出頻度に基づき、フランジ部２Ｂの回転開始と回転終了とを検出する回転検知部３３をなす機能ブロックを実現する。
【００２２】
以下、図３〜図５を参照して、回転量検出部３２の動作を説明する。図３はフランジ部２Ｂに切欠を有するツールホルダ２の平面図である。
図３に示すように、ツールホルダ２のフランジ部２Ｂの外周面には、チャックのための切欠部分２Ｃが形成されている。そして、切欠部分２Ｃが測距センサ１２の測定位置にあるときの測定データは、それ以外のフランジ部外周面２Ｄの部分が測定位置にあるときの測定データと比べて大きく異なる。したがって、ツールホルダ２の装着状態の異常判定には、切欠以外の外周面部分２Ｄ（測定区間）が測距センサ１２の測定位置にあるときの測定データを利用する。
一方で、フランジ外周上に形成される切欠部分２Ｃの位置や切欠間の間隔は既知であるので、測距センサ１２の測定データから切欠部分２Ｃを検出することによって、フランジ２Ｂの回転量を検出することが可能である。
【００２３】
そこで、回転量検出部３２は、切欠検出部３６によって測距センサ１２の測定データに基づいて切欠部分２Ｃ、２Ｃを識別する。そして、切欠検出部３６による切欠部分２Ｃの検出個数に応じてフランジ２Ｂの回転量を検出する。図４は図２の（Ａ）に示す回転量検出部３２の動作フローチャートであり、図５は図２の（Ａ）に示す回転量検出部３２の動作説明図である。
【００２４】
まず時刻ｔ０〜ｔ１において、切欠検出部３６は、所定時間毎に測定を行う測距センサ１２の出力を入力して、そのときの測定値Ｖｓを測定データの最大値Ｖｍａｘとして記憶する（ステップＳ１１）。このとき切欠検出部３６は、切欠部分以外の測定データを最大値Ｖｍａｘとして記憶するために、ツールホルダ２が回転開始直後に低速で回転しているとき、所定の値より大きな測定データの入力があったときに測定値Ｖｓを取得することとしてよい。
【００２５】
時刻ｔ１〜ｔ２において、切欠検出部３６は、所定時間毎に測定を行う測距センサ１２の出力を入力して測定データの現在値Ｖｃを測定する（ステップＳ１２）。なお、図５において、横軸は時間経過を示し縦軸は各時刻における測距センサ１２の測定データを示す。
ステップＳ１３において、切欠検出部３６は、記憶したＶｍａｘと現在値Ｖｃとの差が、所定の切欠発見判定値より大きいか否か（Ｖｍａｘ−Ｖｃ＞切欠発見測定値）を判定する。Ｖｍａｘ−Ｖｃ＞切欠発見測定値が成り立つ（時刻ｔ２）とき、切欠検出部３６は、最初の切欠を発見したものとしてステップＳ１４に処理を移し、成り立たないときには、ステップＳ１２〜Ｓ１３を繰り返す。
【００２６】
時刻ｔ２において、切欠検出部３６は、記憶したＶｍａｘと現在値Ｖｃとの平均値（（Ｖｍａｘ＋Ｖｃ）／２）を切欠判定値（図５に示すＴｈ１）として記憶する（ステップＳ１４）。またこのとき、ステップＳ１５で回転量検出部３２の現在の動作モードを切欠モードであると記憶する。
その後時刻ｔ２〜ｔ３において、切欠検出部３６は、ステップＳ１６において測距センサ１２の測定データの最小値Ｖｍｉｎ１を取得する。
【００２７】
最小値Ｖｍｉｎを取得した後、切欠検出部３６は、ステップＳ１７において測距センサ１２の測定データの現在値Ｖｃを取得する、そしてステップＳ１８において、切欠検出部３６は、現在値Ｖｃが切欠判定値Ｔｈ１よりも大きくなったか否か（Ｖｃ＞Ｔｈ１）を判定する。Ｖｃ＞Ｔｈ１が成り立つ（時刻ｔ３）とき、切欠検出部３６はステップＳ１９に処理を移し、成り立たないときにはステップＳ１７〜Ｓ１８を繰り返す。
【００２８】
時刻ｔ３において、切欠検出部３６は、直前に測定し記憶した最大値Ｖｍａｘ（＝Ｖｓ）と直前に測定し記憶した最小値Ｖｍｉｍ１との平均値（（Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ１）／２）を次回切欠判定値（図５に示すＴｈ２）として記憶する（ステップＳ１９）。そして、ステップＳ２０において、測定データの現在値Ｖｃが、次回切欠判定値Ｔｈ２よりも大きいか否かを（Ｖｃ＞Ｔｈ２）判定し、大きい場合にはステップＳ２２に処理を移し、小さい場合には、測定データの現在値Ｖｃが次回切欠判定値Ｔｈ２よりも大きくなるまで、測定データの現在値Ｖｃ（ステップＳ２１）及び上記判定（ステップＳ２０）を繰り返す。
【００２９】
測定データの現在値Ｖｃが、現在の切欠判定値Ｔｈ１より大きいと判定され（ステップＳ１８）かつ、次回切欠判定値Ｔｈ２よりも大きいと判定されると（ステップＳ２０）、時刻ｔ３にて、ステップＳ２２で、回転量検出部３２の現在の動作モードを通常モード（測定区間に対応する）であると記憶する。
そして、ステップＳ２３において、切欠判定値をステップＳ１９で算出した次回切欠判定値に更新する。このとき記憶した最大値Ｖｍａｘ及び最小値Ｖｍｉｍ１のクリアも併せて行う。
【００３０】
その後、時刻ｔ３〜ｔ４において、切欠検出部３６は、ステップＳ２４において測距センサ１２の測定データの最大値Ｖｍａｘ１を取得する。
最大値Ｖｍｉｎ１を取得した後、切欠検出部３６は、ステップＳ２５において測距センサ１２の測定データの現在値Ｖｃを取得する、そしてステップＳ２６において、切欠検出部３６は、現在値Ｖｃが切欠判定値Ｔｈ２よりも小さくなったか否か（Ｖｃ＜Ｔｈ２）を判定する。Ｖｃ＜Ｔｈ２が成り立つ（時刻ｔ４）とき、切欠検出部３６はステップＳ１５に処理を戻して、成り立たないときにはステップＳ２５〜Ｓ２６を繰り返す。
【００３１】
以下、切欠検出部３６は、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の切欠部分に対して行った処理と同様に、回転量検出部３２の動作モードを切欠モードに変更し（ステップＳ１５）、最小値Ｖｍｉｎ２を測定し（Ｓ１６）、時刻ｔ５にて現在値が切欠判定値Ｔｈ２より大きくなるまで測定値をモニタし（Ｓ１７、Ｓ１８）、次回切欠判定値Ｔｈ３を算出し（Ｓ１９）、時刻ｔ６にて現在値が次回切欠判定値Ｔｈ３より大きくなるまで測定値をモニタし（Ｓ２０、Ｓ２１）、その後、時刻ｔ６にて回転量検出部３２の動作モードを通常モードに変更し（ステップＳ２２）、切り替え判定値を更新する（Ｓ２３）。
【００３２】
以降、このようなステップＳ１５〜Ｓ２６を繰り返して動作することで、切欠検出部３６は、測距センサ１２の測定データに基づいて、直前に検出された測定データの最大値（ピーク値）と最小値の平均値を閾値として、切欠部とそれ以外の測定区間との境界を検出する。これにより、切欠検出部３６は、ツールホルダ２の外径に関わらず、常に切欠部分を識別することが可能である。
【００３３】
また、切欠検出部３６が更新する回転量検出部３２の動作モードは、フランジ部２Ｂの回転量に比例した回数だけ交番する交番信号となる。よって回転量検出部３２は、この動作モードを示す信号を、フランジ部２Ｂの回転量を示す信号として最大値選択部３４（図２）に出力する。
また、この動作モードは、フランジ部２Ｂの回転速度に比例した頻度で交番する交番信号となる。よって回転量検出部３２は、この動作モードを示す信号を、フランジ部２Ｂの回転開始及び回転終了を検知する回転検知部３３（図２）に出力する。
【００３４】
以下、図６〜図７を参照して、図２の（Ａ）に示す回転検知部３３によるフランジ２の回転開始及び停止の判定動作を説明する。図６は、回転検知部３３の動作フローチャートであり、図７は回転検知部３３の動作説明図である。
【００３５】
回転検知部３３は、回転量検出部３２によって検出された切欠モードの終了から、次の切欠モードの終了までの時間を測定し、この時間が所定の回転中判定区間周期Ｔｒｏｔ（定数）以下となる場合が、所定の回転開始判定区間回数Ｂｓｔａｒｔ（定数）回だけ連続したときに、回転開始を検出する。
【００３６】
したがって、回転検知部３３は、まずステップＳ３１で、回転開始判定区間カウンタＣｓｔａｒｔ（変数）を初期化し、ステップＳ３２において、回転量検出部３２によって検出される切欠モードの終了から次の切欠モードの終了までの時間Ｔを測定する。
そしてステップＳ３３で、測定された時間Ｔが回転中判定区間周期Ｔｒｏｔ以下となるか否か（Ｔ≦Ｔｒｏｔ）を判定する。Ｔ＞Ｔｒｏｔのときは、ステップＳ３４で回転開始判定区間カウンタＣｓｔａｒｔをクリアしてからステップＳ３２に戻る。
【００３７】
一方、ステップＳ３３でＴ≦Ｔｒｏｔと判定されると、回転検知部３３は、ステップＳ３５で回転開始判定区間カウンタＣｓｔａｒｔをカウントアップする。以上のステップＳ３２〜Ｓ３５を、回転開始判定区間カウンタＣｓｔａｒｔが回転開始判定区間回数Ｂｓｔａｒｔと等しくなるまで繰り返す（ステップＳ３６）。そして、回転開始判定区間カウンタＣｓｔａｒｔが回転開始判定区間回数Ｂｓｔａｒｔと等しくなると、回転検知部３３は、ステップＳ３７においてフランジ２が回転を開始したと判定する。
【００３８】
例えば、図７に示す例で、切欠モードの終了〜次の切欠モードの終了までの各時間Ｔ１〜Ｔ５がそれぞれ、Ｔ１≦Ｔｒｏｔ、Ｔ２＞Ｔｒｏｔ、Ｔ３≦Ｔｒｏｔ、Ｔ４≦Ｔｒｏｔ、Ｔ５≦Ｔｒｏｔであり、回転開始判定区間回数Ｂｓｔａｒｔ＝３回であるとする。
すると、時間Ｔ１はＴｒｏｔ以下であるのでＣｓｔａｒｔはカウントアップして”１”となり、その後時間Ｔ２はＴｒｏｔより大きいのでＣｓｔａｒｔはクリアされて”０”となり、時間Ｔ３はＴｒｏｔ以下であるのでＣｓｔａｒｔはカウントアップして”１”となり、時間Ｔ４はＴｒｏｔ以下であるのでＣｓｔａｒｔはカウントアップして”２”となり、時間Ｔ５はＴｒｏｔ以下であるのでＣｓｔａｒｔはカウントアップして”３”となる。ここで、ＣｓｔａｒｔがＢｓｔａｒｔと等しくなるため、回転検知部３３は時間Ｔ５の終了時にフランジ２が回転を開始したと判定する。
【００３９】
図６に戻り、その後、回転検知部３３は、回転量検出部３２によって検出される切欠モードの終了から、次の切欠モードの終了までの時間Ｔを測定しつづけ（ステップＳ３８）、この時刻Ｔが回転中判定区間周期Ｔｒｏｔよりも大きくなると（ステップＳ３９）、ステップＳ４０にてフランジ２が回転を停止したと判定する。
【００４０】
以下、図２（Ａ）及び図２の（Ａ）に示す装着状態判定部３５の各実施例を説明して、本発明に係るツールホルダ２の装着状態異常判定方法を説明する。
図２（Ａ）の最大値選択部３４は、切欠検出部３６が図３に示す切欠２Ｃを所定回数だけ検出する間に亘って、すなわち、フランジ部２Ｂが所定の回転量だけ回転する間に亘って測距センサ１２により測定された測定データのうち、最大の測定データを算出する。
図８に示すように、測距センサ１２の測定データは、切欠２Ｃ（図３参照）の区間の変位を測定している際の谷の部分ｔ１〜ｔ２及びｔ３〜ｔ４（回転量検出部３２が上記切欠モードで動作している部分）と、測定区間２Ｄ（図３参照）の部分の変位を測定している際の山の部分ｔ２〜ｔ３と（回転量検出部３２が上記通常モードで動作している測定区間部分）からなる。
【００４１】
ここで、例えば測定区間２Ｄ一つ分だけフランジ部２Ｂが回転した間の測定データの最大値を選択する場合には、最大値選択部３４は、回転量検出部３２の出力を入力し、回転量検出部が通常モードで動作している期間の１回分の開始時刻ｔ２から終了時刻ｔ３までに、所定のサンプリング間隔でサンプリングした測距センサ１２の出力Ｖ１、Ｖ２、…のうちの、最大の測定データＶｍａｘを算出して装着状態判定部３５に出力する。
【００４２】
図２の（Ｂ）は、図２の（Ａ）に示す装着状態判定部３５の第１実施例の機能ブロック図である。図示するとおり、装着状態判定部３５は、飛び出し判定基準値記憶部４１と、この飛び出し判定基準値記憶部４１と最大値選択部３４からの入力との差分を算出する減算器４２と、この減算器４２の出力を所定の異常判定値と比較してその比較結果を出力する比較器４３と、を備えて構成される。
【００４３】
図９は本発明に係る装着状態判定方法のフローチャートであり、図１０はその説明図である。ここでは、最大値選択部３４が選択する最大値が、測定区間２Ｄ一つ分だけフランジ部２Ｂが回転した間の測定データの最大値である場合、すなわち、測定区間２Ｄ一つ分に対応する回転量ごとに測定データの最大値を求め、この経時変化に基づいて装着状態判定を行う場合を考える。
【００４４】
ステップＳ５１において、装着状態判定部３５は、ツールホルダ２の回転がまだ低速で回転検知部３３が回転開始を判定する前から最大値選択部３４の出力を入力する。そして、回転検知部３３が回転開始を検出した時刻ｔ０において、その直前に測定された測距センサ１２の測定データの最大値を、飛び出し判定基準値として飛び出し判定基準値記憶部４１に記憶する。
【００４５】
そして回転検知部３３が回転開始を検出した後、ステップＳ５２において、装着状態判定部３５は最大値選択部３４の出力を入力し、その都度最大値選択部３４の出力と記憶した飛び出し判定基準値との差分ΔＭを減算器４２により算出する（ステップＳ５３）。そしてステップＳ５４にて、この差分ΔＭと所定の異常判定値とを比較器４３にて比較する。
上記ステップＳ５２〜Ｓ５４ことを繰り返し実行している間に、ステップＳ５４にて、測定データの最大値と記憶した飛び出し判定基準値との差分ΔＭが所定の異常判定値を超えたことを判定すると、装着状態判定部３５は、ステップＳ５５にて、ツールホルダ２の装着状態の異常を判定する。
【００４６】
図９に示す装着状態判定方法は、装着状態の異常を高速に検知できる利点を有するが、異常判定可能なツールホルダ２が、フランジ２Ｂ表面の高さが切欠でない部分を除いてどこでもほぼ同じであるツールホルダ２に限定される。
また、ツールホルダ２の取り付けに偏心がある場合には、測定区間によって測定データにムラができるため、その影響を受けて誤検出するおそれがある。
【００４７】
そこで、以下に示す装着状態判定方法では、最大値選択部３４が、測定区間２Ｄの複数個分だけフランジ部２Ｂが回転した間の測定データの最大値を出力する。すなわち、測定区間２Ｄの複数個分に対応する回転量ごとに測定データの最大値を求め、この経時変化に基づいて装着状態判定を行う。このような装着状態判定方法のフローチャートを図１１に示し、その説明図を図１２に示す。
【００４８】
図１２に示す時刻ｔ０において、回転検知部３３は、フランジ部２Ｂの回転開始を検出し、回転開始の検出信号を装着状態判定部３５の飛び出し判定基準値記憶部４１に出力する（ステップＳ６１）。
その後ステップＳ６２において、最大値選択部３４は、測距センサ１２の測定データを入力する。この動作は、時刻ｔ１にて切欠検出部３６が所定回数（図１２に示す例では４回）だけ切欠を検知するまでの間行われる（ステップＳ６３）。
【００４９】
ステップＳ６３で切欠検出部３６が所定回数だけ切欠を検知すると、最大値選択部３４は、時刻ｔ０〜時刻ｔ１に亘って、すなわち、切欠検出部３６が所定回数だけ切欠を検知するまでの間に測距センサ１２から入力した測定データの最大値であるＭ１を選択して、装着状態判定部３５に出力する（ステップＳ６４）。装着状態判定部３５の飛び出し判定基準値記憶部４１は、最大値選択部３４から入力した測定データがフランジ部２Ｂが回転の回転開始後の最初のデータであった場合に、飛び出し判定基準値として記憶する。
【００５０】
その後ステップＳ６５において、最大値選択部３４は、測距センサ１２の測定データを入力する。この動作は、時刻ｔ２にて切欠検出部３６が所定回数だけ切欠を検知するまでの間行われる（ステップＳ６６）。ステップＳ６６で切欠検出部３６が所定回数だけ切欠を検知すると、最大値選択部３４は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２に亘って、すなわち切欠検出部３６が所定回数だけ切欠を検知するまでの間に測距センサ１２から入力した測定データの最大値（この場合はＭ２）を選択して、装着状態判定部３５に出力する（ステップＳ６７）。
【００５１】
その後ステップＳ６８において、装着状態判定部３５の減算器４２は、測定データの最大値Ｍ２と飛び出し判定基準値との差分ΔＭを算出し、ステップＳ６９において、比較器４３が、この差分ΔＭと所定の異常判定値とを比較する。
以上ステップＳ６５〜Ｓ６９を繰り返し、ステップＳ６９において、差分ΔＭが所定の異常判定値を超えたとき、ステップＳ７０においてツールホルダ２の装着状態が異常である判定する。
【００５２】
このとき、最大値選択部３４が最大値を選択するまでに要する切欠検出回数を、フランジ部２Ｂの１回転分に相当する回数より大きく設定すれば、フランジ部２Ｂの周回単位で測距センサ１２の測定データの最大値の経時変化をモニタすることが可能となり、フランジ２Ｂ表面の高さの相違や、ツールホルダ２の取り付けに偏心の影響を除くことが可能となる。
【００５３】
上記説明した図１１の装着状態判定方法は、次のような方法であると考えてもよい。
図１２に示すように、測距センサ１２により得た測定データを、切欠測定部分にて各ブロックに分割し、かつこのブロックを所定個数ずつグループに区分けする。
そして、回転検知部３３が回転開始を検知した後の最初のグループ１に含まれる測定データのうちの最大値を選択し、これを飛び出し判定基準値とする。
それ以降に測定された測定データのグループに含まれる測定データのうちの最大値を選択し、この最大値と飛び出し判定基準値との差が、所定の異常判定値より大きくなったとき、ツールホルダ２の装着状態の異常を判定する。
【００５４】
ここで、１グループあたりのブロック数を、ツール１回転分のブロック数より多く設定すれば、フランジ２Ｂ表面の高さの相違や、ツールホルダ２の取り付けに偏心の影響を除くことが可能となる。
【００５５】
ツールホルダが主軸へ正常に装着されている場合、主軸へのツールホルダの取り付け位置ズレ量は時間が経過しても殆ど変わらないために、上記最大値選択部３４が出力する測定データの最大値は殆ど変化しないのに対し、ツールホルダが主軸から脱落する場合には、最大値選択部３４が出力する測定データの最大値は時間経過に従って大きくなることが考えられる。したがって、異なる時点で出力された測定データ同士の差分の累積値を算出すると、ツールホルダが主軸へ正常に装着されている場合には累積値は殆ど変化しないのに対し、ツールホルダが主軸から脱落する場合には累積値が急激に増加することが考えられる。
【００５６】
以下に説明する、図２の（Ａ）に示す装着状態判定部３５の第２実施例では、異なる時点で最大値選択部３４から出力された測定データ同士の差分の累積値を算出し、この累積値の経時変化に基づいてツールホルダの主軸への装着状態の異常を判定する。
図１３は、このような装着状態判定部３５の第２実施例の機能ブロック図であり、図１４は、その動作説明図である。
【００５７】
図１３に示すように、装着状態判定部３５は、最大値算出部３４から出力される測定データとそれ以前に出力された測定データとの差分値を求めてその差分値の累積値を算出する１組の差分累積算出部６１及び６２と、最大値算出部３４から連続して出力される測定データを、差分累積算出部６１及び６２に交互に振り分けて入力する選別部６３と、差分累積算出部６１及び６２のそれぞれの出力を加算する加算器７３と、加算器７３の出力と所定の異常判定値とを比較してその比較結果を出力する比較器６４と、を備える。
【００５８】
選別部６３は、最大値算出部３４が連続して出力する測定データを、差分累積算出部６１及び６２に交互に振り分ける。したがって、差分累積算出部６１及び６２には、最大値算出部３４が連続して出力する測定データが１つ飛びに入力される。図１４を参照してこの様子を説明する。
図１４（Ａ）に示すとおり、ツールホルダ２のフランジ２Ｂには、２つび切欠２Ｃがフランジ２Ｂの外周の反対の位置に設けられている。そして、フランジ２Ｂの外周には、この切欠２Ｃ間に挟まれる２つの外周面部分（測定区間Ａ及びＢ）が形成され、これら２つの外周面部分もまたフランジ２Ｂの外周の反対の位置に位置している。
【００５９】
したがって、フランジ２Ｂを回転させてその外周面までの距離を測距センサ１２で測定すると、その測定データは図１４の（Ｂ）に示すように、測定区間Ａと測定区間Ｂとを測定したデータが切欠部分によって分けられ、最大値算出部３４は、測定区間Ａで測定した測定データのうちの最大値Ｍａ１、Ｍａ２…と、測定区間Ｂで測定した測定データのうちの最大値Ｍｂ１、Ｍｂ２…と、を交互に出力する。
【００６０】
そこで、選別部６３が最大値算出部３４の測定データを差分累積算出部６１及び６２に交互に振り分けると、差分累積算出部６１及び６２には、測定区間Ａ及びＢのうちそれぞれ一方及び他方について測定した測定データのみが連続して入力される。すなわち、差分累積算出部６１にはフランジ２Ｂの同一部分について測定した測定データのみが入力され、差分累積算出部６２にもまた、（差分累積算出部６１に入力された測定データが測定された部分と異なる）フランジ２Ｂの同一部分について測定した測定データのみが入力される。
例えば、差分累積算出部６１には、測定区間Ａについて連続して最大値算出部３４が出力した最大値Ｍａ１、Ｍａ２…が連続して入力され、差分累積算出部６２には、測定区間Ｂについて連続して最大値算出部３４が出力した最大値Ｍｂ１、Ｍｂ２…が連続して入力される。
【００６１】
図１３に戻り、差分累積算出部６１（６２）には、選別部６３により選別されて入力された測定データを、次の測定データが入力されるまで記憶するための前回データ記憶部６５（６９）と、現在入力された測定データと前回データ記憶部６５（６９）に記憶された測定データとの差分を算出する減算器６６（７０）と、減算器６６（７０）からの出力の累積値を記憶するための累積値記憶部６７（７１）と、累積値記憶部６７（７１）に記憶された累積値と新たに算出された減算器６６（７０）からの出力とを加算して、新たな累積値を算出するための加算器６８（７２）と、を備えて構成される。
これにより、例えば上記の例では、差分累積算出部６１（６２）は、測定区間Ａ（Ｂ）について連続して最大値算出部３４が出力した最大値Ｍａ１、Ｍａ２…（Ｍｂ１、Ｍｂ２…）の連続する２つの値同士の差分値の累積値を出力する。
【００６２】
図１５は、本発明に係る装着状態判定方法のフローチャート（その３）である。
ステップＳ７１において、差分累積算出部６１（６２）は、それぞれの累積値記憶部６７（７１）に記憶される累積値Δｃａ（Δｃｂ）をクリアする。次に、ステップＳ７２及びＳ７３において、差分累積算出部６１（６２）は、測定区間Ａ（Ｂ）について最大値算出部３４が出力した最初の測定データＭａ１（Ｍｂ１）を入力して、前回入力されたデータＭａｏｌｄ（Ｍｂｏｌｄ）として、前回データ記憶部６５（６９）に記憶する。
【００６３】
続いて、ステップＳ７４及びＳ７５において、差分累積算出部６１（６２）は、測定区間Ａ（Ｂ）について最大値算出部３４が出力した以降の測定データＭａ２…（Ｍｂ２…）を、現在入力される測定データＭａｎｅｗ（Ｍｂｎｅｗ）として、順次入力する。
ステップＳ７６では、減算器６６（７０）は、前回データ記憶部６５（６９）に記憶された前回入力されたデータＭａｏｌｄ（Ｍｂｏｌｄ）と、現在入力される測定データＭａｎｅｗ（Ｍｂｎｅｗ）との差分Δａ（Δｂ）を算出する。
【００６４】
そしてステップＳ７７では、加算器６８（７２）は、この差分Δａ（Δｂ）を、累積値記憶部６７（７１）に記憶された現在までの累積値Δｃａ（Δｃｂ）に加えることにより新たな累積値を算出する。さらにステップＳ７８において、加算器７３はこれら累積値Δｃａ及びΔｃｂを加算した総累積値Δｃａｂ＝Δｃａ＋Δｃｂを算出する。
【００６５】
ステップＳ７９において、比較器６４はこの総累積値Δｃａｂが所定の異常判定値を超えたか否かを判定し、総累積値Δｃａｂが所定の異常判定値を超えるに至らないときには、前回データ記憶部６５（６９）に記憶されるデータＭａｏｌｄ（Ｍｂｏｌｄ）を、現在入力された測定データＭａｎｅｗ（Ｍｂｎｅｗ）に更新して（ステップＳ８０）、ステップＳ７４〜Ｓ８０を繰り返す。
ステップＳ７９にて比較器６４が、総累積値Δｃａｂが所定の異常判定値を超えたと、判定したときは、ステップＳ８１において、ツールホルダ２の装着状態が異常であると判定する。
【００６６】
上述の図１３の構成例及び図１４（Ａ）の切欠の設置態様のように、フランジ２Ｂ外周の複数の異なる区間Ａ及びＢについて算出した上記累積値Δｃａ及びΔｃｂを加算した総累積値Δｃａｂを所定の異常判定値と比べることにより、１つの区間について算出した上記累積値Δｃａよりも上記累積値Δｃａｂが早く増大し、早期に装着状態の異常を発見することが可能となる。
【００６７】
また、総累積値Δｃａｂを算出することにより、ツールホルダ２が主軸３に対してスライドした場合の影響を除去することが可能となる。すなわちツールホルダ２は、主軸３に対して徐々にスライドしながら脱落する。このスライドは、ツールホルダ２の回転方向についても起こるため、実際にはツールホルダ２の取り付け位置のずれが大きくなっていても、同じ区間を測距センサ１２で測定した測定データが、時間経過によって大きく変わらない場合がある。この様子を図１６に示す。
【００６８】
図１６（Ｂ）に示す取り付け状態は、図１６（Ａ）に示す取り付け状態よりも、ツールホルダ２の回転軸２Ｅが主軸３の回転軸３Ｃよりも離れており、ツールホルダ２の取り付け位置がよりずれている。しかし、図１６（Ｂ）に示す状態では、図１６（Ａ）に示す状態と比べて、ツールホルダ２の取り付け位置が主軸３に対してその回転方向にずれており、ツールホルダ２の回転軸２Ｅを起点として見た主軸３の回転軸３Ｃの方位角が異なっている。この影響で測距センサ１２で測定される測定データには差が生じていない。このように、フランジ２Ｂの外周の一部の区間だけを測距した場合には、ツールホルダ２の回転軸２Ｅと主軸３の回転軸３Ｃとの間隔が離れつつある状態でも、回転中に生じる取り付け位置の回転方向へのスライドによって測定データの最大値に大きな変化が生じない事態が考えられる。
【００６９】
そこで、フランジ２Ｂ外周の複数の異なる区間Ａ及びＢについて算出した上記累積値Δｃａ及びΔｃｂを加算した総累積値Δｃａｂを算出することにより、フランジ２Ｂの外周の一部の区間だけを測距した場合に起こりうる回転方向についてのスライドの影響を低減することが可能となる。
さらに、上記実施例のように、切欠部を除きフランジ２Ｂ外周全てをカバーする区間Ａ及びＢについて、それぞれ上記累積値Δｃａ及びΔｃｂを算出し、これらを加算した総累積値Δｃａｂを算出すれば、フランジ２Ｂが１周する間に検出されるフランジ２Ｂの変位量の最大値の変化を監視することができるため、回転方向についてのスライドの影響を除去することが可能となる。
なお、上述の図１３の構成例及び図１４（Ａ）の切欠の設置態様では、フランジ２Ｂ外周面上に２つの切欠が設けられて２つの測定区間のみが画定される実施例を示したが、本発明はこれに限らず、フランジ２Ｂ外周面上に３つ以上の切欠が設けられることにより３つ以上の測定区間が画定され、これらのそれぞれについて上記累積値Δｃａ、Δｃｂ…を求めてそれらの全て又は一部を加算した総累積値を、所定の異常判定値と比べてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、回転軸を有する工作機械装置、特に、マシニングセンタ（以下、「ＭＣ」と略称でいう）等のツールホルダを使用する工作機械に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係るチャックミス検出装置の実施例の構成図である。
【図２】（Ａ）は図１に示すデータ処理装置の機能ブロック図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す装着状態判定部の第１実施例の機能ブロック図である。
【図３】フランジ部に切欠を有するツールホルダの平面図である。
【図４】図２の（Ａ）に示す回転量検出部の動作フローチャートである。
【図５】図２の（Ａ）に示す回転量検出部の動作説明図である。
【図６】図２の（Ａ）に示す回転検知部の動作フローチャートである。
【図７】図２の（Ａ）に示す回転検知部の動作説明図である。
【図８】図２の（Ａ）に示す最大値選択部の動作説明図である。
【図９】本発明に係る装着状態判定方法のフローチャート（その１）である。
【図１０】図９に示す装着状態判定方法の説明図である。
【図１１】本発明に係る装着状態判定方法のフローチャート（その２）である。
【図１２】図１１に示す装着状態判定方法の説明図である。
【図１３】図２の（Ａ）に示す装着状態判定部の第２実施例の機能ブロック図である。
【図１４】図１３に示す装着状態判定部の動作説明図である。
【図１５】本発明に係る装着状態判定方法のフローチャート（その３）である。
【図１６】ツールホルダの装着状態の回転方向のズレの説明図である。
【図１７】ツールホルダの説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    ツール
２    ツールフランジ
２Ａ    嵌合部
２Ｂ    フランジ部
３    主軸
３Ａ    被嵌合部
５    ヘッド
６    ブラケット
１０    チャックミス検出装置１０
１２    測距センサ
１４    データ処理装置
３２    回転量検出部
【図１】
2006315158.tif 000003
【図２】
2006315158.tif 000004
【図３】
2006315158.tif 000005
【図４】
2006315158.tif 000006
【図５】
2006315158.tif 000007
【図６】
2006315158.tif 000008
【図７】
2006315158.tif 000009
【図８】
2006315158.tif 000010
【図９】
2006315158.tif 000011
【図１０】
2006315158.tif 000012
【図１１】
2006315158.tif 000013
【図１２】
2006315158.tif 000014
【図１３】
2006315158.tif 000015
【図１４】
2006315158.tif 000016
【図１５】
2006315158.tif 000017
【図１６】
2006315158.tif 000018
【図１７】
2006315158.tif 000019