(57)【要約】      （修正有）【課題】工作機械において工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムを提供し、そしてフライス加工およびドリル加工の工具ならびにグラインダ加工の工具をこの工作機械において、ダウンタイムなしにそして必要な安全性を有して、効率のよいやりかたで使用することを可能とするようなシステムを有する工作機械を提供する。【解決手段】工作機械において工具を交換そして装着または挿入すなわち取り付けるためのシステムは、マニピュレータ１２０を有する工具交換器を備え、マニピュレータは、取り付けられる１つの工具を工具マガジン１１０から取出し位置で取出し、これを工具交換位置でワークスピンドルへ移動することを、自動的な工具交換動作で行うように構成されており、マニピュレータによって工具マガジンから取り出された、挿入される工具の工具直径または工具半径を測定するように構成されている工具直径測定装置１４０を備える。【選択図】図２
2019051587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械において工具を交換そして装着または挿入すなわち取り付けるためのシステムであって、
１つのマニピュレータを有する１つの工具交換器を備え、当該マニピュレータは、取り付けられる１つの工具を前記工作機械の１つの工具マガジンから取出し位置で取出し、そしてこれを前記工作機械の工具交換位置でワークスピンドルへ移動することを、自動的な工具交換動作で行うように構成されており、
前記マニピュレータによって前記工作機械の前記工具マガジンから取り出された、挿入される前記工具の工具直径または工具半径を測定するように構成されている１つの工具直径測定装置を備える、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記マニピュレータは、前記工作機械の前記工具マガジンの取出し位置と前記工具交換位置との間で移動するように構成されており、
前記工具直径測定装置は、前記マニピュレータによって前記工作機械の前記工具マガジンから取り出されて挿入される前記工具の前記工具直径または工具半径を、前記取出し位置と前記工具交換位置との間に配置された測定位置で測定するように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、
前記マニピュレータは、挿入される前記工具を把持するための工具グリッパを有し、
前記工具直径測定装置は、前記マニピュレータによって前記工具グリッパに把持された前記工具の直径すなわち前記工具直径を測定するように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項４】
前記工具直径測定装置は、挿入される前記工具に光学測定用の１つの光学測定機器、具体的には１つのカメラおよび／または１つの光カーテンを備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記工具直径測定装置は、１つの光カーテン受信器および１つの光カーテン放射器を備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記光カーテン受信器または前記光カーテン放射器は、前記工具交換器のマニピュレータに配設されていることを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記光カーテン放射器および／または前記光カーテン受信器は、前記工具マガジンを把持している架台上に配設されていることを特徴とする、請求項５または６に記載のシステム。
【請求項８】
前記光カーテン放射器および／または前記光カーテン受信器は、それぞれの透明な、具体的にはプラスチック材料またはガラスでできているハウジング内に配設されていることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記マニピュレータが測定位置にあるかどうかを検出するように構成されている１つの位置センサを備え、
前記工具直径測定装置は、前記マニピュレータが前記測定位置にあることを前記位置センサが検出した場合に、前記マニピュレータによって前記工作機械の前記工具マガジンから取り出されて挿入される前記工具の前記工具直径あるいは工具半径を測定するように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
前記工具直径測定装置によって測定される工具直径または工具半径に基づいて、挿入される前記工具用の前記ワークスピンドルの最大許容スピンドル速度を決定するように構成されている、１つの安全装置を備えることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記安全装置は、前記工具直径測定装置によって測定された前記工具直径または工具半径および前記工具タイプに基づいて、前記工具が挿入される前記ワークスピンドルの前記最大許容スピンドル速度を決定するように構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記安全装置は、挿入される前記工具を用いて１つのワークピースが機械加工される間に、前記ワークスピンドルのスピンドル速度をモニターし、そしてもしモニターされた当該スピンドル速度が、前記工具が挿入される前記ワークスピンドルの設定された最大許容スピンドル速度を越える場合に、加工を停止するか、および／またはオペレータに警告を発するように構成されていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記安全装置は、前記工具直径測定装置によって測定された、挿入される前記工具の前記工具直径または工具半径を、公称直径または公称半径と比較し、および／または公称直径範囲または公称半径範囲と比較し、そしてもし前記工具直径測定装置によって測定された挿入される前記工具の前記工具直径または工具半径が当該公称直径または公称半径から外れるか、および／または当該公称直径範囲または公称半径範囲から外れる場合に、加工を停止し、および／またはオペレータに警告を発するように構成されていることを特徴とする、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
１つの工作機械であって、
工具を担持する１つのスピンドルと、
１つの工具マガジンと、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のシステムと、
を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項１５】
前記工作機械の制御装置は、前記工具直径測定装置に接続されており、そして前記工具直径測定装置によって測定された前記工具直径または工具半径および前記工具タイプに基づいて、挿入される前記工具用の前記ワークスピンドルの最大許容スピンドル速度を設定するように構成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の工作機械。
【請求項１６】
前記工作機械の制御装置は、前記工具直径測定装置によって測定された前記工具直径または工具半径および前記工具タイプに基づいて、挿入される前記工具用の前記ワークスピンドルの最大許容スピンドル速度を設定するように構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の工作機械。
【請求項１７】
前記工作機械の前記制御装置は、挿入される前記工具を用いて１つのワークピースが機械加工される間に、前記ワークスピンドルのスピンドル速度をモニターし、そしてもしモニターされた当該スピンドル速度が、前記工具が挿入される前記ワークスピンドルの設定された前記最大許容スピンドル速度を越える場合に、加工を停止するか、および／またはオペレータに警告を発するように構成されていることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の工作機械。
【請求項１８】
前記制御装置は、前記工具直径測定装置によって測定された、挿入される前記工具の前記工具直径または工具半径を、公称直径または公称半径と比較し、および／または公称直径範囲または公称半径範囲と比較し、そしてもし前記工具直径測定装置によって測定された挿入される前記工具の前記工具直径または工具半径が当該公称直径または公称半径から外れるか、および／または当該公称直径範囲または公称半径範囲から外れる場合に、加工を停止し、および／またはオペレータに警告を発するように構成されていることを特徴とする、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械で工具を交換および挿入または取り付けるためのシステムおよびこのシステムを有する工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、工作機械で工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムおよびこのシステムを有する工作機械を開示している。このシステムは、工作機械で使用されるための複数の工具を収容するための工具マガジンを備えるシステムである。
【０００３】
上記の工作機械は、たとえば、この工作機械のワークスピンドルに対してこの工作機械のワークスピンドルに把持された工具の相対的な動きを制御するための複数の直動軸および／または旋回軸または回転軸を備える。
【０００４】
従来、フライス加工／ドリル加工、たとえばフライス盤、フライス盤／旋盤、万能工作機械、およびマシニングセンター用には、グラインダ加工用以外の工作機械が提供されており、このグラインダ加工には、従来グラインダ加工専用の特別な機械すなわちグラインダが充てられてきた。
【０００５】
しかしながら、今日ではフライス加工用の工作機械の構成は、グラインダ加工用にも構成されるようになっており、こうして工作機械には工具交換器が設けられてフライス加工工具およびグラインダ加工工具の両方を用いることができるようになっており、こうしてフライス加工およびグラインダ加工を同じ工作機械で行うことができ、そして特に途中の中断なしに行うことができるようになっている。このため、特許文献２は、たとえば、工具マガジンまたは工具を担持するワークスピンドルに収容できる、ＨＳＫインタフェース（中空テーパシャンクインタフェース，hollow shank taper interface）のような従来の工具インタフェースでのグラインダ加工用の砥石車を把持することができるホールダを提案している。こうして、万能工作機械における工具マガジンに、工具交換器を用いて、フライス加工工具、ドリル加工工具、およびグラインダ加工工具を装備することができ、フライス加工工具、ドリル加工工具、およびグラインダ加工工具をこの工具交換器を介してこの工作機械のワークスピンドルで用いることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際特許出願公開第２０１３／０３０３７３Ａ１号パンフレット
【特許文献２】独国実用新案公開第２０２０１７０００５６０Ｕ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで本願の基本的な目的は、工作機械において工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムを提供することであり、そしてフライス加工およびドリル加工の工具ならびにグラインダ加工の工具をこの工作機械において、ダウンタイムなしにそして必要な安全性を有して、効率のよいやりかたで使用することを可能とするようなシステムを有する工作機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の、工作機械において工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステム、およびこのようなシステムを有する工作機械が提示される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に関する。
【０００９】
本発明の１つの態様によれば、工作機械において工具を交換そして装着または挿入すなわち取り付けるためのシステムが提示され、このシステムは１つのマニピュレータを有する１つの工具交換器を備え、このマニピュレータは、取り付けられる１つの工具をこの工作機械の１つの工具マガジンから取出し位置で取出し、そしてこれをこの工作機械の工具交換位置でワークスピンドルへ移動することを、自動的な工具交換動作で行うように構成されており、そしてこのマニピュレータによってこの工作機械の工具マガジンから取り出された、挿入される上記の工具の工具直径または工具半径を測定するように構成されている１つの工具直径測定装置を備える。
【００１０】
１つの好適な実施形態においては、上記のマニピュレータは、上記の工作機械の工具マガジンの取出し位置と上記の工具交換位置との間で移動するように構成されている。
【００１１】
１つの好適な実施形態においては、上記の工具直径測定装置は、上記のマニピュレータによって上記の工作機械の工具マガジンから取り出されて挿入される上記の工具の工具直径または工具半径を、上記の取出し位置と上記の工具交換位置との間に配置された測定位置で測定するように構成されている。
【００１２】
１つの好適な実施形態においては、上記のマニピュレータは、挿入される上記の工具を把持するための工具グリッパを有する。
【００１３】
１つの好適な実施形態においては、上記の工具直径測定装置は、上記のマニピュレータによって上記の工具グリッパに把持された上記の工具の上記工具直径または工具半径を測定するように構成されている。 
【００１４】
１つの好適な実施形態においては、上記の工具直径測定装置は、挿入される上記の工具を光学測定するための１つの光学測定機器、具体的には１つのカメラおよび／または１つの光カーテンを備える。
【００１５】
１つの好適な実施形態においては、上記の工具直径測定装置は、１つの光カーテン受信器および１つの光カーテン放射器を備える。
【００１６】
１つの好適な実施形態においては、上記の光カーテン受信器または上記の光カーテン放射器は、上記の工具交換器のマニピュレータに配設されている。
【００１７】
１つの好適な実施形態においては、上記の光カーテン放射器および／または上記の光カーテン受信器は、上記の工具マガジンを把持している架台上に配設されている。
【００１８】
１つの好適な実施形態においては、上記の光カーテン放射器および／または上記の光カーテン受信器は、それぞれの透明な、具体的にはプラスチック材料またはガラスでできているハウジング内に配設されている。
【００１９】
１つの好適な実施形態においては、上記のシステムは、上記のマニピュレータが測定位置にあるかどうかを検出するように構成されている１つの位置センサを備え、上記の工具直径測定装置は、好ましくは上記のマニピュレータが上記の測定位置にあることをこの位置センサが検出した場合に、上記のマニピュレータによって上記の工作機械の工具マガジンから取り出されて挿入される上記の工具の工具直径または工具半径を測定するように構成されている。
【００２０】
１つの好適な実施形態においては、上記のシステムは、上記の工具直径測定装置によって測定される工具直径または工具半径に基づいて、挿入される上記の工具用の上記のワークスピンドルの最大許容スピンドル速度を決定するように構成されている、１つの安全装置を備える。
【００２１】
１つの好適な実施形態においては、上記の安全装置は、上記の工具直径測定装置によって測定された上記の工具直径または工具半径および上記の工具タイプに基づいて、上記の工具が挿入される上記のワークスピンドルの上記の最大許容スピンドル速度を決定するように構成されている。
【００２２】
１つの好適な実施形態においては、上記の安全装置は、挿入される上記の工具を用いて１つのワークピースが機械加工される間に、上記のワークスピンドルのスピンドル速度をモニターし、そしてもしモニターされたスピンドル速度が、この工具が挿入される上記のワークスピンドルの設定された最大許容スピンドル速度を越える場合に、加工を停止するか、および／またはオペレータに警告を発するように構成されている。
【００２３】
１つの好適な実施形態においては、上記の安全装置は、上記の工具直径測定装置によって測定された、挿入される上記の工具の工具直径または工具半径を、公称直径または公称半径と比較し、および／または公称直径範囲または公称半径範囲と比較し、そしてもしこの工具直径測定装置によって測定された挿入される上記の工具の上記の工具直径または工具半径がこの公称直径または公称半径から外れるか、および／またはこの公称直径範囲または公称半径範囲から外れる場合に、加工を停止し、および／またはオペレータに警告を発するように構成されている。
【００２４】
もう１つの態様によれば、１つの工作機械が提案され、この工作機械は、工具を担持する１つのワークスピンドル、１つの工具マガジン、および上記の態様のいずれかによるシステムを備える。
【００２５】
１つの好適な実施形態においては、上記の工作機械の制御装置は、上記の工具直径測定装置に接続されており、そして上記の工具直径測定装置によって測定された工具直径または工具半径および上記の工具タイプに基づいて、挿入される上記の工具用の上記のワークスピンドルの最大許容スピンドル速度を設定するように構成されている。
【００２６】
１つの適切な実施形態においては、上記の工作機械の制御装置は、上記の工具直径測定装置によって測定された上記の工具直径または工具半径および上記の工具タイプに基づいて、挿入される工具用の上記のワークスピンドルの最大許容スピンドル速度を設定するように構成されている。
【００２７】
１つの適切な実施形態においては、挿入される上記の工具を用いて１つのワークピースが機械加工される間に、上記の工作機械の上記の制御装置は、上記のワークスピンドルのスピンドル速度をモニターし、そしてもしモニターされたこのスピンドル速度が、上記の工具が挿入される上記のワークスピンドルの設定された最大許容スピンドル速度を越える場合に、加工を停止するか、および／またはオペレータに警告を発するように構成されている。
【００２８】
１つの適切な実施形態においては、上記の制御装置は、上記の工具直径測定装置によって測定された、挿入される上記の工具の上記の工具直径または工具半径を、公称直径または公称半径と比較し、および／または公称直径範囲または公称半径範囲と比較し、そしてもしこの工具直径測定装置によって測定されたこの挿入される工具の工具直径または工具半径がこの公称直径または公称半径から外れるか、および／またはこの公称直径範囲または公称半径範囲から外れる場合に、加工を停止し、および／またはオペレータに警告を発するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】１つの工作機械に係る１つの例示的な実施形態による、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムを図解する斜視図を示す。
【図２】１つの工作機械に係る１つの例示的な実施形態による、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムを図解する詳細図を示す。
【図３】１つの工作機械に係る１つの例示的な実施形態による、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムを図解する正面図を示す。
【図４Ａ】１つの工作機械に係る１つの例示的な実施形態による、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムにおける１つの工具の直径の測定を図解する。
【図４Ｂ】１つの工作機械に係る１つの例示的な実施形態による、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムにおける１つの工具の直径の測定を図解する。
【図４Ｃ】１つの工作機械に係る１つの例示的な実施形態による、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムにおける１つの工具の直径の測定を図解する。
【図５】１つの実施形態による、工具交換の例示的なフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下では本発明の例および実施形態が、添付の図を参照して詳細に説明される。これらの図における同一または類似の要素は、同一の参照記号で示されていることがある。なお、しかしながら本発明は以下に説明される実施形態およびその特徴に限定されるものでは全く無く、これらの実施形態の変形も含むものであり、具体的にはここに説明する例の特徴の変形の範囲のもの、およびここで説明する例の１つ以上の特徴を組み合わせたものも独立請求項の権利範囲に含まれるものである。
【００３１】
図１は、１つの工作機械２００での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムを例として示すものであり、ここで工具マガジン１１０は、たとえばホイールマガジンとして設計されている。
【００３２】
この工作機械２００には、たとえば工具を担持するワークスピンドル２０２が設けられている。さらにこの工作機械２００は、機械加工ベッド２０１を有し、この機械加工ベッド上にワークピースのクランプテーブルを配設することができる。さらに、この工作機械２００は、１つ以上の直動軸を有し得、好ましくはそれぞれワークスピンドル２０２に対する、このワークピースのクランプテーブルにクランプされた工具の相対的な並進移動を駆動するための、３つの直動軸（Ｘ，Ｙ，およびＺ軸）を有する。さらに、この工作機械２００は、１つ以上の円形の軸あるいは旋回軸を有し得、好ましくはそれぞれワークスピンドル２０２に対する、このワークピースのクランプテーブルにクランプされた工具の相対的な回転移動を駆動するための、２つまたは３つの回転軸および／または旋回軸を有する。
【００３３】
システム１は、１つの工具マガジンを備え、この工具マガジンは、ここに示す実施形態においては、１つの円環状のホイールマガジン１１０を有し、工具保管のためにこのホイールマガジンに複数の工具１０１をそれぞれ保管することができる。
【００３４】
これらの工具１０１は、このホイールマガジン１１０の外周１１１に沿った端点１０２に保持されている。このホイールマガジンは、円環状の中空シリンダとして設計されている。このホイールマガジン１１０の外周１１１に沿って、すなわち外側面に沿って、工具ホールダ（複数）１１２があり、これらは工具１０１への取り外し可能な結合部を形成し得る。
【００３５】
図１では、これらの工具ホールダ１２が、このホイールマガジンの外側面に沿った穴構造として配設されており、この穴構造は特に簡単な設計を可能とする。これらの工具は、遠心力および重力のためにこれらのホールダ１１２にロックされている。この例においては、１つの能動的ロックシステムがこれらの工具とのスナップ結合を用いて実現されており、ここではこれらの工具は形状嵌め結合でしっかりとロックされている。たとえば、面接触部を有する自動着脱の中空テーパシャンク（ＨＳＫ）がこれらの工具ホールダ１１２に工具１０１を固定するための工具インタフェース１０２として使用されている。代替として、急勾配のテーパすなわちモールステーパを使用することができる。
【００３６】
こうして上記の工具は、その長手方向の１つの端部によってのみ上記のホイールマガジン１１０の外周に取り付けられ、こうして径方向においてこれらの工具は上記のホイールマガジンの外周から径方向外側に向かって飛び出ている。こうしてこれらの工具の長手方向の軸は１つの面内にある。こうしてこれらの工具を、このホイールマガジン１１０の外周１１１に沿って隣り合って、とりわけコンパクトに密集して配設することができる。
【００３７】
ホイールマガジン１１０には、非切削加工用および切削加工用のあらゆる一般的な工具を装備することができる。設計原理を説明するため、図１は１つの工具１０１のみを有する装置を示す。さらにこのホイールマガジン１１０には、たとえば一方でフライス加工工具を備え、他方でグラインダ加工工具（たとえば砥石車）を備えることができる。
【００３８】
例示的にこのホイールマガジンは、三角形のフレームを用いて取り付けられており、３つの端点の各々には回転輪１１６が取り付けられている。ここに示す３点の支持に加えて、４点または多数点の支持も可能である。この三角形のフレーム１１５の代わりに、このホイールマガジンが、１つの中心軸で支持されていることも可能である。このホイールマガジン１１０の回転は、チェーン駆動によって行われ、ここで図１には駆動チェーン１１７のみが示されている。ここに示すチェーン駆動の代わりに、このホイールマガジン１１０は、１つのスプロケットまたは１つの摩擦結合によって直接駆動することもできる。
【００３９】
システム１は、たとえば、工具マガジン１００から工具（複数）１０１を取り出すための、水平方向に移動可能なマニピュレータ１２０を備え、こうしてこれらの工具は工作機械２００の工具スピンドル２０２に送り込まれる。この目的のため、このマニピュレータ１２０は、たとえばワークスピンドル２０２とホイールマガジン１１０との間で水平方向に移動することができる。このマニピュレータ１２０は、たとえば、工具１０１の工具インタフェース１０２を（たとえばグリッパ溝で）把持するための２つのグリッパ部分を有する１つのダブルグリッパ１２１を備える。
【００４０】
工作機械２００は、切削加工または非切削加工用の、従来知られた工作機械であってよい。万能工作センタには多くの異なる工具が自在に装備されなければならないので、上記のシステム１は、この万能工作センタ用に工具を交換および挿入すなわち取り付けるのに特に有利である。もっともコンパクトな構成は、上記の工具マガジン１００が上記のベッド２０１の横に取り付けられ、そして上記のフレーム２０３が垂直方向の位置にあり、マニピュレータ１２０のスピンドル２０２への短い送り経路を可能とする場合に実現することができる。ホイールマガジン１１０の垂直方向の位置決めが可能であるので、上記の工具交換システムは、異なるフレームおよびベッド形状であっても、ほぼ常にスピンドルの出来る限り近くに配置することができる。
【００４１】
マニピュレータ１２０は、装填されていないホイールマガジン１１０に対して工具マガジン１００から外側に配設されており、すなわちホイールマガジン１１０の外周の外側に配設されており、こうしてこのマニピュレータは工具１０１をこのホイールマガジンの回転軸の方向に取り出すことができ、および／またはこのホイールマガジン１１０の径方向で外向きに取り出すことができる。ここに概略的に示すマニピュレータは、このマニピュレータをこのホイールマガジンの回転軸の方向、すなわち、スピンドル２０２とこのホイールマガジン１１０との間で水平方向の移動を行うために、このホイールマガジンに対して横方向に移動するために適した第１の直動軸を備える。このマニピュレータ１２０は、このホイールマガジンで上記の交換位置において、このマニピュレータを径方向に移動するために適した第２の直動軸も備えてよい。
【００４２】
マニピュレータ１２０は、図示された実施形態においては、工具１０１を取り出すためのダブルグリッパ１２１を有する、１つの刃交換器として設計されており、左側の把持部および右側の把持部を有する。このダブルグリッパ１２１は、最後に使用された工具とその次に必要な工具とを同時に掴むことを可能とし、こうしてこれらの工具はスピンドル２０２と工具マガジン１００との間で、マニピュレータ１２０のただ１回の水平方向の移動で交換することができる。この工具マガジン１００は、オプションとして１つ以上のホイールマガジン１１０を装備することができる。
【００４３】
図２は、１つの工作機械に係る１つの例示的な実施形態による、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムを図解する詳細図を示す。
【００４４】
図２は、例として、平行に配設された２つのホイールマガジン１１０を示し、このホイールマガジンのにはその外周の工具位置に工具インタフェース１０２（例として工具無し）が保持されており、そして例示的なダブルグリッパ（工具グリッパ）１２１を有するマニピュレータ１２０を示す。
【００４５】
例として、このホイールマガジン１１０を把持するフレーム１１９には、工具直径測定装置１４０の光カーテン受信器１４１が配設されており、この工具直径測定装置は、ワークスピンドル２０２と（複数の）ホイールマガジン１１０との間に配設されている。この光カーテン受信器１４１と同じ高さに、この工具直径測定装置１４０の光カーテン放射器１４２が、水平方向に移動可能なマニピュレータ１２０に配設されている。
【００４６】
この実施形態においては、光カーテン受信器１４１は、例として、ホイールマガジン１１０を把持するフレーム１１９に固定されて配設されており、工具直径測定装置１４０の光カーテン放射器１４２は、たとえば移動可能なマニピュレータ１２０に配設されているが、しかしながら他の実施形態においては、この工具直径測定装置１４０の光カーテン放射器１４２が、ホイールマガジン１１０を把持するフレーム１１０に固定されて配設され、そして光カーテン受信器１４１が移動可能なマニピュレータ１２０に配設されていることも可能である。さらなる実施形態においては、光カーテン受信器１４１および光カーテン放射器１４２は、マニピュレータ１２０が工具グリッパ１２１と共に光カーテン受信器１４１と光カーテン放射器１４２との間で移動することができるように、互いに反対側に固定されて配設されることも可能である。
【００４７】
光カーテン放射器１４２は、可視光または（たとえば赤外領域の）非可視光を放射することができ、光カーテン受信器１４１は、この光カーテン放射器１４２の光を検出するように構成されている。
【００４８】
図３は、１つの工作機械に係る１つの例示的な実施形態による、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムを図解する正面図を示す。
【００４９】
図３においては、例として１つの砥石車が工具１０１としてマニピュレータ１２０の工具グリッパ１２１に把持されている。ここでたとえば上から見て、マニピュレータ１２０が水平方向に工具マガジン１１０から右側へ工作機械２００のワークスピンドル２０２に向かって移動される際に、工具直径測定装置１４０の光カーテン受信器１４１および光カーテン放射器１４２によってカバーされる領域が、たとえば工具１０１の下側部分および／または砥石車によって横切られることが分る。
【００５０】
ここで工具直径測定装置１４０の測定が所定の位置で、具体的には移動部分（すなわち図２においてはたとえば光カーテン放射器１４２）が、まさに固定部分（すなわち図２においてはたとえば光カーテン受信器１４１）に対向する場合に行われるようになっている。
【００５１】
この測定位置は、たとえば１つの誘導型センサで構成され得る位置センサ１４３で測定され、そして可動なセンサ部分１４４によってこのマニピュレータ１２０がこの測定位置に位置されているかどうか検出される。この可動なセンサ部分は、マニピュレータ１２０に配設されており、このマニピュレータ１２０と共に移動される。
【００５２】
この際通過するマニピュレータ１２０によって上記の測定位置で、上記の可動なセンサ部分１４４および上記の位置センサ１４３によって、まさにマニピュレータが測定位置に位置されたことが検出された時に、工具１１０の直径測定が行われる。あるいはこのマニピュレータ１２０は、この可動なセンサ部分およびこのセンサ１４３によって工具１１０の直径測定が行われる測定位置に位置されたことが検出された場合、この測定位置でマニピュレータ１２０と共に停止し、停止したこのマニピュレータによってこの停止位置でこの工具１１０の直径測定が行われてよい。
【００５３】
これら両方の場合で、工具１０１がワークスピンドル２０２に挿入されている間に、工具１１０の直径測定を行うことができ、こうしてもしこの直径測定が、たとえば加工室の指定の場所においてあるいはワークスピンドルで行われる場合であれば、この工作機械における追加のダウンタイムになるであろうことを有利に避けることができる。さらに、有利なことに、この工作機械２００の加工室における追加のセンサまたはカメラを省くことができる。
【００５４】
図４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、１つの工作機械に係る１つの例示的な実施形態による、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステムにおける１つの工具の直径の測定を図解する。
【００５５】
たとえばマニピュレータ１２０は、図４Ａの測定位置に位置され、そしてこうして可動なセンサ部分１４４は、位置センサ１４３に位置され、そしてこの位置センサ１４３は、マニピュレータ１２０が測定位置に位置されていることを検出する。
【００５６】
この測定位置において、工具マガジン１１０から取り出された工具１０１は、この工具１０１（様々な直径の砥石車が例として示されている）が工具直径測定装置１４０の光カーテン受信器１４１と光カーテン放射器１４２との間の測定面に位置されるように、工具グリッパ１２１のグリッパ部分で把持されている。
【００５７】
こうして、工具直径測定装置１４０は、この測定位置において動作開始され、そして、たとえば、この工具１０１の、この工具直径測定装置１４０の光カーテン受信器１４１と光カーテン放射器１４２との間の測定面との重なりの程度を測定することによって、工具１０１の直径を測定することができる。
【００５８】
ここで図４Ｂは、たとえば小さな砥石車の小さな工具直径のために、この工具１０１の、この工具直径測定装置１４０の光カーテン受信器１４１と光カーテン放射器１４２との間の測定面との重なりの程度が低いことを示しており、そして図４Ｃは、たとえば大きな砥石車の大きな工具直径のために、この工具１０１の、この工具直径測定装置１４０の光カーテン受信器１４１と光カーテン放射器１４２との間の測定面との重なりの程度が高いことを示している。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態においては、光カーテン受信器１４１および／または光カーテン放射器１４２は、それぞれの（たとえばプラスチック材料またはガラスで出来ている）透明なハウジング内に配設されていてよく、これにより吹きかけられる水（たとえば冷却水）からこれらの装置が保護されるという利点を有する。
【００６０】
図５は、１つの実施形態による工具交換の１つの例示的なフロー図を示す。
【００６１】
ステップＳ５０１において工具交換は指示される。これはＮＣプログラムを走らせることに基づいて、すなわちＮＣプログラムが機械制御部によって実行されることによって行うことができ、あるいはこの工作機械の制御パネルでの、または機械制御部でのオペレータのコマンドに基づいて行うことができる。
【００６２】
ステップＳ５０２においては、工具タイプおよび／または工具直径が、この工具を取り出すために事前に格納されているかどうかチェックされる。もし格納されていなければ、ステップＳ５０３において、制御パネルまたはこの工作機械の機械制御部で直径および／または工具タイプを入力することをオペレータは要求される（工具直径のオペレータ要求）。これはグラインダ加工工具および砥石車では特に有利である。
【００６３】
ステップＳ５０４においては、マニピュレータ１２０は、取り出される工具を保持する工具マガジンまで移動し、そして挿入されることになるこの工具を取り出す。この工具は、フライス加工工具またはドリル加工工具であってよく、あるいはこれは砥石車のようなグラインダ加工工具であってもよい。この工具をマガジンから取り出すと、マニピュレータ１２０は、このマニピュレータ１２０の工具グリッパ１２１に把持されたこの工具と共に、ワークスピンドル２０２の方向に、工具マガジンとワークスピンドルとの間の測定位置まで移動する（ステップＳ５０５）。
【００６４】
これは工具マガジンとワークスピンドルとの間の測定位置で、工具交換工程の間に工具直径が測定され、こうして追加のダウンタイムを避けることができるという利点を有する。すなわちこの工具直径測定は、既にスケジューリングされた工具交換の非生産時間に行われ、有利となる。
【００６５】
マニピュレータ１２０が、位置センサ１４３によって検出される測定位置に到達したら（ステップＳ５０６がＹＥＳの場合）すぐに、測定装置１４０が動作開始される。この際マニピュレータ１２０は、短時間停止してよく、またはる測定装置１４０が動作している状態で、この測定ポイント通過してよい。
【００６６】
ステップＳ５０７においては、工具直径測定装置１４０を用いて、具体的にはたとえばこの工具直径測定装置１４０の光カーテン受信器１４１および光カーテン放射器１４２によって、挿入される工具１０１の工具直径が上記の測定位置で測定すなわち確定される（特に図４Ａ〜４Ｃを参照）。
【００６７】
ステップＳ５０８においては、上記の測定すなわち確定された工具直径（実際の直径）が、所定の、事前に設定され、事前に格納されている直径あるいはオペレータが入力した直径（規定直径）に対応しているかどうかが確定される。代替として、測定すなわち確定された工具直径（実際の直径）が、所定の、事前に設定され、事前に格納されている直径あるいはオペレータが入力した、許容される直径の範囲に入っているかどうかが確定されてよい。
【００６８】
このステップＳ５０８におけるチェックの結果が否定的であれば、ステップＳ５０９において、この工作機械での加工は停止され、および／またはオペレータに警告が発せられる。
【００６９】
このステップＳ５０８におけるチェックの結果が肯定的であれば、すなわち、測定すなわち確定された工具直径（実際の直径）が、所定の、事前に設定され、事前に格納されている直径あるいはオペレータが入力した直径または直径の範囲に対応していれば、ワークピースでの加工が許可される。
【００７０】
この目的のため、特にグラインダ加工工具では、許容される最大速度Ｓ＿ＭＡＸが、ステップＳ５０７において測定すなわち確定された工具直径に基づいて、ステップＳ５１０において設定されることが好ましい。
【００７１】
ここで許容される最大速度は、工具直径および／または工具直径範囲に基づいて、上記の機械制御部に事前に格納されてよく、ここで大きな工具直径には好ましくは小さな許容最大速度が割り当てられ、そして小さな工具直径には好ましくは大きな許容最大速度が割り当てられている。
【００７２】
さらに、許容最大速度は、工具タイプに基づいて設定されてよく、こうしてたとえばグラインダ加工工具は、決まった切削刃を有する工具、たとえばフライス加工工具またはドリル加工工具よりも小さな許容最大速度が割り当てられる。
【００７３】
これは工具の直径を、直径および工具タイプに基づいて、上記の工具交換工程で直ぐにチェックすることができるという利点を有し、個別の工具タイプに適した、安全規則に適合した、適切な最大許容速度を設定することができる。こうして同じ工作機械に、安全性を損なうことなく、フライス加工工具およびドリル加工工具ならびにグラインダ加工工具を装備することが有利に可能となる。
【００７４】
ステップＳ５１１において、次にマニピュレータ１２０は、ワークスピンドル２０２まで移動し、そしてステップＳ５１２において、このワークスピンドル２０２で工具交換を実施し、ここでステップＳ５０７で測定された工具１０１がこのワークスピンドルに挿入される（そしてもし必要であれば、前にこのワークスピンドルに取り付けられていた工具が取り外されて工具マガジンに返却される。）。
【００７５】
ワークスピンドル２０２に工具１０１を挿入した後、ステップＳ５１３において、ワークピースはこの挿入された工具を用いて加工することができる。ここで、ステップＳ５１０において設定されたスピンドル速度が上記の最大許容速度Ｓ＿ＭＡＸより低いかどうかが、ステップＳ５１４において常にチェックされる。
【００７６】
もしこのスピンドル速度が上記の最大許容速度Ｓ＿ＭＡＸを越える場合、ステップＳ５０９において加工動作は停止され、そしてオペレータに警告が発せられる。
【００７７】
こうしてスピンドル速度が、それぞれの工具直径に対する上記の最大許容速度を越えないことが、特にグラインダ加工工具または砥石車の場合に、有利に確実にされる。
【００７８】
さらに安全性を増強するために、それぞれ加工停止および／またはオペレータへの警告をもたらし得る、ステップＳ５０８および／またはＳ５１４は、隣り合って並んで動作する２つの冗長な装置を用いてチェックされてよい。こうしてたとえば、上記の制御装置すなわち具体的には工作機械２００のＰＬＣ（Program Logic Control； すなわち ＳＰＳ： speicherprogrammierbare Steuerung）が、ステップＳ５０８および／またはＳ５１４を実行し、そしてさらに第２の、独立した安全装置がステップＳ５０８および／またはＳ５１４を実行することが有利に可能となる。
【００７９】
上記の実施形態（複数）においては、１つの光カーテン放射器および１つの光カーテン受信器を有する１つの工具直径測定装置が提案されている。しかしながら本発明は、光カーテン放射器および光カーテン受信器を用いる工具直径測定装置に限定されない。さらに光学的に動作する工具直径装置が提案することが可能であり、たとえば光学的測定による工具直径の分析のために、１つ以上の光バリアまたは１つ以上のカメラを用いることが可能である。
【００８０】
要約すれば、１つの工作機械での工具を交換および挿入すなわち取り付けるためのシステム、およびこのようなシステムを有する工作機械を提案することができ、これはダウンタイムなしにそして必要な安全性を有して、フライス加工およびドリル加工ならびにグラインダ加工をこの工作機械で用いることを可能とする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【外国語明細書】
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