(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ、Ｙ、Ｚの直交３軸の送り軸及び主軸の回転送り軸を有したＮＣ工作機械のワーク測定装置において、
先端部に測定子を有し、胴体部に空間伝搬波の受信器と発信器が設けられ、工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定工具と、
工作機械の構造体の固定部に適宜間隔をあけて設けられ、前記測定工具に伝達する情報の空間伝搬波を発信する複数の発信器と、
前記発信器の近傍に設けられ、前記測定工具の発信器から発信された情報の空間伝搬波を受信する複数の受信器と、
数値制御装置から測定工具の電源ＯＮ又はＯＦＦ指令を受けたとき、前記発信器から測定工具の電源ＯＮ又はＯＦＦ指令信号を発信する前に、前記複数の発信器の中から前記測定工具の位置に最も近い発信器を選択し、前記測定工具の受信器を選択した発信器の方向に向けるために必要な主軸の回転角度を演算し、その回転角度を数値制御装置に送出する測定工具の電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部と、
を具備することを特徴としたＮＣ工作機械のワーク測定装置。
【請求項２】
前記測定工具の電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部は、測定工具の電源ＯＮ又はＯＦＦ指令を受けたとき、測定工具の機械上の現在位置の座標値又は測定工具を任意の位置に移動させたその位置の座標値を読み取り、その測定工具の位置の座標値と前記複数の発信器の位置の座標値とから、測定工具とそれぞれの発信器の距離を演算し、前記複数の発信器の中から測定工具の位置に最も近い発信器を選択する発信器選択演算手段と、前記測定工具の位置の座標値と選択された発信器の位置の座標値とから、測定工具に設けられた受信器を選択された発信器の方向に向けるために必要な主軸の回転角度を演算し、その回転角度を数値制御装置に送出する主軸回転角度演算手段とを有してなる請求項１に記載のＮＣ工作機械のワーク測定装置。
【請求項３】
前記発信器選択演算手段は、前記測定工具の位置の座標値と前記複数の発信器の位置の座標値とその発信器が空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線とから、その測定工具の位置からそれぞれの発信器の空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線に向けておろした垂線の長さを演算し、その垂線の長さが最も短い発信器を測定工具の位置に最も近い発信器として選択する請求項２に記載のＮＣ工作機械のワーク測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定工具を用いて、ワークの基準面や寸法を測定するＮＣ工作機械のワーク測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ工作機械で加工したワークを機械上で計測する装置は従来から存在している。一般的には、工作機械の主軸に測定工具を装着し、ワークと測定工具とを相対移動させて、測定工具の測定子を被測定面に接触させて、ワークの基準面や寸法を測定するものである。特許文献１には、工作機械の主軸にタッチセンサ方式の測定工具を装着し、測定子を被測定面に接触させて、その接触信号を空間伝搬波で伝達し測定する装置が開示されている。特許文献２には、工作機械の主軸に接触変位方式の測定子を有した測定工具を装着し、測定子を被測定面に接触させてワークを測定し、その測定工具固有の誤差を補正して正しい測定値を得る装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２０１７４４号公報
【特許文献２】特許第３３９６４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の従来技術は、測定工具の電池の消費電力を小さくして、電池の寿命を延ばし自動計測作業の能率を良くするために、測定を行うときのみ測定工具の電源をＯＮして、空間伝搬波の信号のやりとりをするようにしたものである。しかし、大型の工作機械では、主軸頭周りの形状やワーク取り付け形状などの障害物を回避するために、空間伝搬波の送受信器を数多く設置しなければならない。また、障害物を避けるために、測定工具を所定の位置に移動させてから信号を発信しなければならないので、信号のやりとりに時間がかかるという問題点があった。特許文献２に記載の従来技術は、測定工具で測定した測定値を正しい値に補正するものであるが、空間伝搬波の信号のやりとりについては、前述の特許文献１と同様の問題点があった。本発明は、従来技術の問題点を解決することを課題としており、本発明の目的は、空間伝搬波によって情報の伝達を行うワーク測定装置において、測定工具の電源のＯＮ又はＯＦＦ指令信号及び他の情報のやりとりを確実に行うようにしたＮＣ工作機械のワーク測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述の目的を達成するために、本発明によれば、Ｘ、Ｙ、Ｚの直交３軸の送り軸及び主軸の回転送り軸を有したＮＣ工作機械のワーク測定装置において、先端部に測定子を有し、胴体部に空間伝搬波の受信器と発信器が設けられ、工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定工具と、工作機械の構造体の固定部に適宜間隔をあけて設けられ、前記測定工具に伝達する情報の空間伝搬波を発信する複数の発信器と、前記発信器の近傍に設けられ、前記測定工具の発信器から発信された情報の空間伝搬波を受信する複数の受信器と、数値制御装置から測定工具の電源ＯＮ又はＯＦＦ指令を受けたとき、前記発信器から測定工具の電源ＯＮ又はＯＦＦ指令信号を発信する前に、前記複数の発信器の中から前記測定工具の位置に最も近い発信器を選択し、前記測定工具の受信器を選択した発信器の方向に向けるために必要な主軸の回転角度を演算し、その回転角度を数値制御装置に送出する測定工具の電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部と、を具備したＮＣ工作機械のワーク測定装置が提供される。
【０００６】
測定工具の電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部は、数値制御装置から測定工具の電源のＯＮ又はＯＦＦ指令を受けたとき、測定工具の位置に最も近く送受信効率の良い発信器を選択して、測定工具の受信器を選択した発信器の方向に向けてから、測定工具の電源のＯＮ又はＯＦＦ指令信号を発信する。
【０００７】
また、本発明によれば、前記測定工具の電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部は、測定工具の電源ＯＮ又はＯＦＦ指令を受けたとき、測定工具の機械上の現在位置の座標値又は測定工具を任意の位置に移動させたその位置の座標値を読み取り、その測定工具の位置の座標値と前記複数の発信器の位置の座標値とから、測定工具とそれぞれの発信器の距離を演算し、前記複数の発信器の中から測定工具の位置に最も近い発信器を選択する発信器選択演算手段と、前記測定工具の位置の座標値と選択された発信器の位置の座標値とから、測定工具に設けられた受信器を選択された発信器の方向に向けるために必要な主軸の回転角度を演算し、その回転角度を数値制御装置に送出する主軸回転角度演算手段とを有してなるＮＣ工作機械のワーク測定装置が提供される。測定工具の位置に最も近くて送受信効率の良い発信器を選択し、測定工具に設けられた受信器を選択された発信器の方向に向けるための主軸の回転角度を演算し、主軸を回転位置決めしてから、測定工具の電源のＯＮ又はＯＦＦ指令信号を発信する。
【０００８】
また、本発明によれば、前記発信器選択演算手段は、前記測定工具の位置の座標値と前記複数の発信器の位置の座標値とその発信器が空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線とから、その測定工具の位置からそれぞれの発信器の空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線に向けておろした垂線の長さを演算し、その垂線の長さが最も短い発信器を測定工具の位置に最も近い発信器として選択するＮＣ工作機械のワーク測定装置が提供される。測定工具の位置と発信器が空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線との距離を演算し、その距離が最も短い発信器を測定工具に最も近い発信器として選択し、その選択された発信器から測定工具の電源のＯＮ又はＯＦＦ指令信号を発信する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＮＣプログラムに基づいて数値制御装置から主軸に装着された測定工具の電源のＯＮ又はＯＦＦ指令を受けたとき、工作機械の固定部に設けた複数の発信器の中から測定工具の位置に最も近い発信器を選択し、測定工具に設けられた受信器が選択した発信器の方向に向くように主軸を回転位置決めしてから、測定工具の電源のＯＮ又はＯＦＦ指令信号を発信するようにしたので、発信器と測定工具の受信器との間で送受信効率の良い状態で信号のやりとりが行われ、測定工具の電源のＯＮ又はＯＦＦ指令及び他の情報の伝達が確実に行える。そのため、発信器の数を少なくすることができる。従来、発信器が数個必要だった機械においても、本発明によれば、発信器の数は２個でたりる。また、測定工具の位置と発信器が空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線との距離が最も短い発信器を選択して送受信を行うので、情報の伝達が失敗してアラームになることが少なくなった。また、空間伝搬波の障害物を避けるために測定工具を所定の位置に位置決めする必要がなく、測定に要する時間が短くなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す構成ブロック図である。ＮＣフライス盤、マシニングセンタなどの工作機械１を数値制御装置により駆動制御する構成を示している。ＮＣプログラム３を数値制御装置の読取解釈部５で読み取って解釈し、補間部７にプログラムデータを送出する。補間部７は受け取ったプログラムデータを補間演算し、サーボ部９に位置指令データを送出する。サーボ部９は受け取った位置指令データに基づいて工作機械１の各送り軸を駆動するための動作指令を送出する。
【００１１】
工作機械１は、Ｘ、Ｙ、Ｚの直交３軸の直線送り軸と主軸の回転送り軸を有している。それらの送り軸には位置検出器１１が設けられ、Ｘ、Ｙ、Ｚの位置データ及び必要に応じて主軸回転位置データを検出可能にしている。工作機械１の主軸には測定工具１３が着脱可能に装着され、ワーク測定の際に工具交換装置によって装着される。工作機械１のテーブルに取り付けたワークと主軸に装着した測定工具１３とを相対移動させてワークの測定を行うものである。測定部１５は測定工具１３の先端部に設けた測定子をワークの被測定面に接触させて、その接触信号に基づいて工作機械１の位置検出器１１から位置データを読み取って測定データを演算する。
【００１２】
工作機械１の構造体の固定部分、例えば、スプラッシュガードの天井又はコラムの上部等に送受信モジュール１７ａ、１７ｂが複数個設けられている。送受信モジュール１７ａは、発信器１９ａと受信器２１ａが近傍にセットとして設けられている。送受信モジュール１７ｂも同様に発信器１９ｂと受信器２１ｂがセットで設けられている。その送受信モジュール１７ａと１７ｂは適宜間隔をあけて取り付けられている。本実施の形態では送受信モジュールは、２個設けられている。発信器１９ａ及び受信器２１ａは、空間伝搬波を送受信するものである。例えば、発信器１９ａは赤外線の発光素子であり、受信器２１ａは赤外線の受光素子である。送受信モジュール１７ａの発信器１９ａは、測定工具１３への情報、例えば、測定工具の電源ＯＮ指令信号又はＯＦＦ指令信号を発信し、受信器２１ａは、測定工具１３からの情報、例えば、測定子の接触信号を受信する。測定部１５は、測定工具１３から発信された測定子の接触信号を送受信モジュール１７ａ経由で受け取ると、その時点の各送り軸の位置データから座標値を演算し、測定データを作成する。測定部１５は接触信号を受け取ると、機械の各送り軸の移動を停止させる信号をサーボ部９に送出する。上記したこれらの装置及び機能は、前述の特許文献１又は特許文献２に記載され、一般に周知のワーク測定装置であるので詳細な説明は省略する。
【００１３】
本発明の実施の形態の特徴は、上記した周知のワーク測定装置に後述の測定工具の電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部２５を付加したものである。数値制御装置の読取解釈部５は、ＮＣプログラム又はワーク測定のマクロプログラムの中から測定工具の電源ＯＮ指令又は電源ＯＦＦ指令を読み取ると、その指令データを電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部２５に送出する。電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部２５は、測定工具の電源ＯＮ指令データ又は電源ＯＦＦ指令データを受け取ると、電源ＯＮ指令又は電源ＯＦＦ指令を送受信モジュール１７ａ又は１７ｂの発信器１９ａ又は１９ｂに送出する前に、次の処理を行う。
【００１４】
電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部２５は、発信器選択演算手段２７と主軸回転角度演算手段２９を有している。前述の電源ＯＮ指令データ又は電源ＯＦＦ指令データを受け取ると、発信器選択演算手段２７は、測定工具１３の機械上の現在位置の座標値を読み取り、その測定工具１３の位置の座標値と複数の発信器１９ａ、１９ｂの位置の座標値とから、その測定工具１３とそれぞれの発信器１９ａ、１９ｂの距離を演算し、その距離が最も短く、測定工具１３に最も近い発信器１９ａを選択する。この場合、測定工具１３を機械上の任意の位置に移動させて、その位置に最も近い発信器１９ａを選択してもよい。主軸回転角度演算手段２９は、測定工具１３の位置の座標値と選択された発信器１９ａ又は１９ｂの位置の座標値とから、測定工具１３に設けられた受信器３３（図２）を選択された発信器１９ａ又は１９ｂの方向に向けるために必要な主軸の回転角度を演算し、その回転角度を数値制御装置に送出する。そして、数値制御装置は主軸を入力された主軸の回転角度位置に位置決めする。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態の測定工具と送受信モジュールを示す斜視図である。工作機械１の主軸３１に装着した測定工具１３とスプラッシュガードの天井に取り付けた送受信モジュール１７ａ、１７ｂを示している。測定工具１３は１個の受信器３３と複数個の発信器３５が設けられている。受信器３３は赤外線の受光素子であり、発信器３５は赤外線の発光素子である。スプラッシュガードの天井に設けた発信器１９ａ、１９ｂは、適宜間隔をあけて２個設けられ、工作機械の加工領域全体に空間伝搬波が届くようになっている。発信器１９ａ又は１９ｂは空間伝搬波を発信する方向を表わす中心直線３７ａ又は３７ｂを中心に拡大円錐状に空間伝搬波が伝搬される。その伝搬範囲内に測定工具１３の受信器３３があれば信号の受信が可能である。発信器１９ａ、１９ｂの近傍に設けられた受信器２１ａ、２１ｂは、発信器１９ａ、１９ｂとセットとして複数個設けられている。受信器２１ａ、２１ｂは、測定工具１３から発信された測定子の接触信号などの情報を受信する。受信器２１ａ、２１ｂは、発信器１９ａ、１９ｂから適宜間隔をあけて設けてもよい。本実施の形態では、空間伝搬波として赤外線を用いた例を説明したが、他に電波や超音波を用いてもよい。
【００１６】
図３は、本発明の実施の形態の測定工具の電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部の演算方法の説明図である。発信器選択演算手段２７及び主軸回転角度演算手段２９の演算方法を示している。発信器１９ａは空間伝搬波の発信方向矢印３７ａをもって取り付けられている。発信器１９ｂは空間伝搬波の発信方向矢印３７ｂをもって取り付けられている。これらの発信器１９ａ、１９ｂの位置の座標値及び矢印３７ａ、３７ｂの発信方向の角度は既知で記憶されている。測定部１５は、ワーク測定開始指令を受けると、測定工具１３の中心位置３９（主軸中心）の機械上の現在位置の座標値を読み取り、電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部２５に送出する。測定工具１３の受信器３３は通常は上方矢印４１の方向に向けて装着されている。発信器選択演算手段２７は、電源ＯＮ指令データを受けると、測定工具１３の中心位置３９から発信器１９ａ、１９ｂの発信方向を表わす中心直線３７ａ、３７ｂに向けて垂線Ｌａ、Ｌｂをおろす。それぞれの発信器について、その垂線Ｌａ、Ｌｂの長さを演算し、その垂線の長さが最も短い発信器が情報の送受信に最も適した発信器で、測定工具に最も近い発信器として選択する。
【００１７】
主軸回転角度演算手段２９は、測定工具１３の中心位置３９の座標値と選択された発信器１９ａの取り付け位置の座標値とから、測定工具１３に設けられた受信器３３を発信器１９ａの方向、すなわち、矢印４３の方向に向けるために必要な主軸の回転角度Ａを演算し、その回転角度Ａを数値制御装置に送出する。数値制御装置は主軸を回転角度Ａだけ回転させて測定工具１３の受信器３３を発信器１９ａの方向に向ける。そして、電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部２５は、選択された発信器１９ａに測定工具の電源のＯＮ指令を送出し、発信器１９ａは電源のＯＮ指令信号を発信する。
【００１８】
ワーク測定の際は、測定精度を高めるために、主軸を特定の回転位置に割り出して測定工具１３をキャリブレーションした状態で測定を行う。例えば、測定工具１３の受信器３３が矢印４１の方向を向く位置に主軸を割り出して測定を行う。従って、測定工具１３の受信器３３を発信器１９ａの方向に向けて測定工具１３の電源をＯＮした後、主軸を特定の回転位置（矢印４１の位置）に割り出して測定を行い、測定終了後、再び測定工具１３の受信器３３を発信器１９ａの方向に向けてから、測定工具１３の電源のＯＦＦ指令信号を発信して電源をＯＦＦする。そうすることによって、測定工具１３の電源のＯＮ又はＯＦＦ指令信号の伝達が確実に行われ、発信器と受信器の間の他の情報の伝達も確実に行える。また、キャリブレーションを行う必要がない場合は、測定工具１３の受信器３３を発信器１９ａの方向に向けたままでワーク測定を行い、測定終了後、そのままの状態で電源のＯＦＦ指令信号を発信すればよい。
【００１９】
測定工具１３の電源をＯＦＦするときの測定工具１３の位置が、ＯＮしたときの位置と大きく異なっていたり、障害物を避けるために測定工具の位置を大きく変えた場合は、再度、発信器の選択演算及び主軸の割り出し角度演算処理を行ってから、測定工具１３の電源のＯＦＦ指令信号を発信すれば信号の伝達が確実になる。もちろん、測定工具１３の電源をＯＦＦするときの測定工具１３の位置が、ＯＮしたときの位置と同じでも、発信器の選択演算及び主軸の割り出し角度演算処理を行ってから、測定工具１３の電源のＯＦＦ指令信号を発信してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のワーク測定装置の実施の形態を示す構成ブロック図である。
【図２】本発明のワーク測定装置の実施の形態の測定工具と送受信モジュールを示す斜視図である。
【図３】本発明のワーク測定装置の実施の形態の電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部の演算方法の説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    工作機械
５    読取解釈部
７    補間部
９    サーボ部
１１    位置検出器
１３    測定工具
１５    測定部
１７ａ    送受信モジュール
１９ａ    発信器
２１ａ    受信器
２５    電源ＯＮ／ＯＦＦ前処理部
２７    発信器選択演算手段
２９    主軸回転角度演算手段
３３    測定工具の受信器
３５    測定工具の発信器
【図１】
0004812530.tif 000002
【図２】
0004812530.tif 000003
【図３】
0004812530.tif 000004