(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸とテーブルとの相対運動によりワークを加工する工作機械において工具に替えて装着しワークを計測する計測装置であって、測定子を先端に設けた計測頭を支持する計測装置本体と、一端に該計測装置本体を回転自在に軸承したシャンクと、該シャンクが主軸に装着される前は前記シャンクと前記計測装置本体を一体に係合し装着することにより前記係合を解除し、かつ前記計測装置本体を主軸頭と係合するように設けた回り止め部材と、前記計測装置本体上で前記主軸軸線と直交する方向に直進移動可能に前記計測頭を案内する計測頭案内部材と、軸制御可能な前記主軸の回転運動を前記計測頭の前記直進移動に変換する運動変換部材とを含んでなり、主軸の回転により計測頭を主軸軸線と直交する方向に移動させ測定子の主軸中心からのオフセット量を可変とすることを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ＮＣ工作機械において、主軸の工具に替えて取り付け、ワークを機内計測する計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタなどＡＴＣと回転工具用の主軸を持つＮＣ工作機械における機内のワーク計測方法としては、工具用主軸にＡＴＣを使用して接触式の計測用センサを取り付ける方法が知られている。
これは機械本体の送り軸を利用して計測用センサの測定子１３０をワーク１３３に接触させて、接触した瞬間の機械本体の送り軸の位置データにより対象ワークの寸法を測定するものである〔図６〕。
計測中の計測用センサから電気信号を取り込む方法としては主に電波式と赤外光式があり、信号の受信器は機械の固定部に設けられている。
【０００３】
図５は一般的な計測装置の構成を示す。計測頭１０３は測定子１３０，センサ本体１３１，信号発信部１３２からなり、これらを基台１０８上に設けてＡＴＣ工具用のシャンク部１０４と一体に構成されている。これにより計測装置は通常のＡＴＣ用の工具として取り扱うことができるようになるが、ＡＴＣを可能とするにはマガジン収納時の干渉や工具交換時の干渉を避けるため、計測装置の形状は機械によって決まる所定の範囲内の外部形状に設計する必要がある。
このため従来は図５に示すように主軸の中心と測定子１３０の中心とのオフセット量ｑが一定の計測装置を使用して機内計測を行っている。
【０００４】
図６は従来の計測装置の計測可能領域を図示している。図６においてオフセットがない計測装置は、Ａ0 Ｂ0 Ｃ0 Ｄ0 で囲まれた領域を、オフセットを有する計測装置はＡ1 Ｂ1 Ｃ1 Ｄ1 で囲まれた領域を計測可能領域とする。従来、計測域を拡大するためには計測装置の交換が必要であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すようにオフセット量が固定の計測装置の場合は、通常のＡＴＣ用の工具として取り扱うことが可能であるが、マガジン収納時の干渉を避けるため機械との関係でオフセット量を大きくすることができないという問題があり、更に計測領域がオフセット方向にオフセット量だけ拡大されるが反対側の領域がオフセット量だけ減縮され、計測可能範囲を実質上拡大できないという問題を有していた。
本発明は従来の技術の有するこのような問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、マガジン収納時は計測装置をコンパクトな形状にして取り扱い、またオフセット量を変更する前の領域を計測可能とし、かつオフセット量の変更によりオフセット方向にオフセット量だけ測定領域を計測装置を交換することなく拡大してワーク計測を可能とする計測装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１に記載の計測装置は、主軸とテーブルとの相対運動によりワークを加工する工作機械において工具に替えて装着しワークを計測する計測装置であって、測定子を先端に設けた計測頭を支持する計測装置本体と、一端に該計測装置本体を回転自在に軸承したシャンクと、該シャンクが主軸に装着される前は前記シャンクと前記計測装置本体を一体に係合し装着することにより前記係合を解除し、かつ前記計測装置本体を主軸頭と係合するように設けた回り止め部材と、前記計測装置本体上で前記主軸軸線と直交する方向に直進移動可能に前記計測頭を案内する計測頭案内部材と、軸制御可能な前記主軸の回転運動を前記計測頭の前記直進移動に変換する運動変換部材とを含んでなり、主軸の回転により計測頭を主軸軸線と直交する方向に移動させ測定子の主軸中心からのオフセット量を可変とするものである。
【０００７】
請求項１の発明によれば、回転工具主軸の角度制御を利用し計測装置内部で回転運動を直線運動に変換して測定子位置を移動可能とし、所定の範囲でオフセット量の変更を可能としたものである。オフセット量が可変であるためＡＴＣ用の工具と同等に取り扱ってマガジンに収納が可能な外形とすることができる。
また、主軸に計測装置を装着後は主軸とワークを保持するテーブルの相対移動で定まる計測可能な範囲を超えてオフセットした量だけワークの計測範囲を計測装置を取り替えることなく拡大することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面にもとづき説明する。
図１は本願発明のオフセット量可変式の計測装置の断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図であって計測装置の計測頭が旋回しないようにする回り止め部材であって、（ａ）は回り止め作用時、（ｂ）は回り止め不作用時の断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図であって、計測部を主軸軸線と直交する方向に直線移動させるためのラックピニオン機構である。図４は図３のラックピニオン機構において、重ね歯車構造のピニオンの断面図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は重ね歯車の付勢された歯形ずれの説明図である。
【０００９】
図１において、主軸１は回転可能に主軸頭２に軸承されている。加工工具に替えて軸端に計測頭３を設けた本発明に係る計測装置のシャンク４は主軸１のテーパ穴１ａに嵌着可能に外径テーパ４ａに形成され、主軸１に装着後通常の工具ホルダと同じく小径側軸端にプルスタッド５が螺設され、コレット６で軸線方向にドローバ７の作用により引っ張られ固定される。
【００１０】
主軸１へのシャンク４の装着は通常ＡＴＣの動作により行われる。装着後シャンク４は、主軸の角度制御により駆動され回転角を指定して位置決め可能である。一端を外径テーパに形成したシャンク４の他端に主軸１の軸線と直交する方向に計測頭３を移動可能に案内する案内面を設けた基台８を旋回自在に軸受９で支承している。基台８はシャンク４を主軸１に装着し、計測頭３でワークの形状計測を開始する際は、基台８に設けた計測頭３を固定するため基台８が旋回しないよう位置を固定する必要がある。そのため基台８は主軸頭２に係合させ位置決めするための回り止め部材が設けられている。
【００１１】
回り止め部材の構成を図面にもとづいて説明する。図１，図２（ａ）（ｂ）において、固定側の主軸頭２には回り止めブロック１１が取着されている。回り止めブロック１１と対峙する基台８の端面８ａには、回り止めブロック１１に形成したＶ字状の面と係合するようにピン１２が設けられている。
ピン１２は、基台８の端面８ａ上で圧縮ばね１３で突出する方向に付勢され、回り止めブロック１１と当接した際に圧縮ばね１３が収縮可能な隙間を予め見込んでブッシュ１４で位置決めされている。なお計測装置が主軸から抜去されている際、シャンク４と基台８は、基台８上に固定されるガイドピン１５で案内されピン１２に外装され固定されている。ストッパ１６はシャンク４の溝４ｂに係合して一体となっている。
【００１２】
即ち図示しないＡＴＣアームのグリッパがシャンク４のＶ溝部４ｃを把持して主軸１に装着を完了するまでは主軸１とシャンク４とは一体に回転し得る関係にある。シャンク４が主軸１に装着され、かつ回り止めブロック１１とピン１２が係合した際に、ストッパ１６の突起部１６ａとの係合は圧縮ばね１３が圧縮されて外れる。基台８は主軸頭２の回り止めブロック１１と係合して固定されるがシャンク４は回転自在となり主軸１の角度制御に追従可能となる。
【００１３】
図２において、基台８は主軸頭２に回り止めブロック１１とピン１２の係合を開始して固定され相対移動は生じない。主軸１の軸線と直交する方向に直進移動可能に計測頭３は計測頭案内部材で案内されている。計測頭案内部材は、基台８と計測頭３を取着したテーブル１９との間に形成されたアリ溝とジブ１７で構成されている。ジブ１７に替えてリニアガイドを用いることもできる。
【００１４】
次にテーブル１６を直進移動させる運動変換部材について説明する。
運動変換部材は、角度制御可能なシャンク４の回転をテーブル１９に設けたラック１８と、このラックと噛み合っておりシャンク４の軸端に設けたピニオン１０で構成されている。ピニオン１０は固定軸２０と可動歯車２１で構成される重ね歯車である。
【００１５】
図４（ａ）において、ラック１８とピニオン１０間の歯車のバックラッシュは、ピニオン１０を重ね歯車構成とし、固定歯車２０に突設された長穴２０ａの中に可動歯車２１の側面から突起２１ａが突出しており、該突起を長穴２０ａの一方の側壁に当接させるよう圧縮ばね２２が該長穴２０ａに組み込まれている。
この状態で固定歯車２０と可動歯車２１の歯形はずれており、ラック１８の歯形と噛み合わせたとき圧縮ばね２２が微少量更に圧縮され可動歯車２１が移動してバックラッシュを殺し、歯車反転時の遊びがないようにしている。
【００１６】
図４（ｂ）において、固定歯車２０はシャンク４の軸端にキー着されナット２３で固定されている。可動歯車２１は端面４ｄと固定歯車２０の端面２０ｂとの回転可能に案内され圧縮ばね２２により回転方向のトルクが付与されている。
なお計測部は測定子３０，センサ本体３１，信号発信部３２で構成されており受信部は工作機械本体部に設けられている。
【００１７】
次に本発明に係る計測装置の作用について説明する。
図１において、実施例の計測装置は計測頭３の計測子３０は主軸１の軸芯に対し固定オフセット量ｑ0 を保持している。固定オフセット量ｑ0 のとき計測装置はＡＴＣ装置により通常の工具と同様に本機や他の工具と干渉なく工具マガジンに収納可能である。ワークの加工途中または加工完了後にワーク形状を計測するために工具マガジンから当該計測装置を図示しない交換アームで把持し主軸１に装着される。
【００１８】
計測装置のシャンク４と基台８とはストッパ１６で係合している。シャンク４を主軸１のテーパ穴１ａに嵌入させる際、基台８に設けたピン１２の先端部１２ａは回り止めブロック１１のＶ字状の溝１１ａを臨む位置にある。シャンク４が主軸１のテーパ穴に嵌着したときは、ピン１２の先端１２ａはＶ字溝面１１ａと圧接しており、この圧接力はばね１３の圧縮反力によって生じている。同時にピン１２が基台８の方向に移動することによりピン１２と一体のストッパ１６の先端１６ａとシャンク４との係合が離れ、基台８は主軸頭２により静止するがシャンク４は旋回自在となり主軸の角度制御が可能となる。
【００１９】
ここで計測装置の計測可能領域について説明する。
図６で示すように、オフセット量ｑ＝０の計測装置ではＡ0 Ｂ0 Ｃ0 Ｄ0 で囲まれる領域が計測可能域であるのに対し、オフセット量がｑ0 に固定された従来の計測装置では確かにＸの負の領域まで計測領域が広げられるが、Ｘの正の領域がせばめられ計測可能領域は狭くはならないが、Ａ1 Ｂ1 Ｃ1 Ｄ1 で囲まれる領域となり、計測可能な領域としては同じ広さである。ここでオフセット量が可変な計測装置を採用すれば計測域がＡ1 Ｂ1 Ｃ0 Ｄ0 で囲まれる領域となり実質上計測可能領域が広げられることとなる。
【００２０】
図１に示す計測装置は固定オフセットを設けており、これに加えてオフセット量が可変な可変オフセット式計測装置である。前記Ａ1 Ｂ1 Ｃ0 Ｄ0 で囲まれる領域が全体としてＸの負の方向にｑ0 移動した領域が計測可能領域となる。
図１において実線の計測子３０は固定オフセット量ｑ0 が付与されたものを示しており、この計測子に可変オフセット量ｑを付与した場合の計測子を仮想線で表している。
【００２１】
計測子の中心のオフセット量は、まず主軸１の回転角が与えられ、次にラックピニオン機構により直線運動に変換して与えられている。主軸を所定量回転させてオフセット量を与え、その状態で主軸の回転をロックし、軸制御により計測を行う。計測完了後は可変オフセット量を変更してＡＴＣ時の状態に戻し計測装置をコンパクトな形状に戻す。計測装置が主軸から引き抜かれると圧縮ばね１３の作用でストッパ１６の先端１６ａがシャンク４の溝４ｂにはまり込み基台８に係合し回転方向の動きが拘束されるのでＡＴＣ時や工具収納マガジン内ではその位相がずれることなく格納される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の計測装置は次に述べる効果を奏する。
従来の計測装置ではオフセット量が固定のため、計測領域を拡大するためにはオフセット量の異なる計測装置（オフセット量＝０のものを含む）に交換する必要があるが、本発明に係る計測装置ではオフセット量が随時可変であるため計測領域の拡大が可能である。
更に、自動工具交換とＡＴＣマガジン収納時に計測装置に課される外形寸法に制約がある場合でも、工具収納時はオフセット量を小さくし制限条件をクリアすることも可能で機械主軸に装着後、所望のオフセット量に変更操作することが可能である。従って通常の計測範囲を超えて計測可能な計測装置として使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオフセット量可変式の計測装置の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。計測頭を取着した基台を主軸頭に係合させて位置固定する回り止め部材であって（ａ）は回り止め作用時、（ｂ）は計測装置のシャンクを主軸に装着する前であって、回り止め不作用時を示している。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。計測頭を主軸軸線と直交する方向に直線移動（オフセット）させるためのラックピニオン機構である。
【図４】図３に示すピニオンが重ね歯車構造であって、（ａ）は断面図、（ｂ）はばねで付勢される重ね歯車の歯形ずれの説明図である。
【図５】従来の技術のオフセット量固定式の計測装置正面図である。
【図６】従来の技術のオフセット量固定式計測装置で計測可能な領域とオフセット量可変式の計測装置を使用した場合に拡大される計測可能領域を図示している。
【符号の説明】
１  主軸                ２  主軸頭
３  計測頭              ４  シャンク
５  プルスタッド        ６  コレット
７  ドローバー          ８  基台
９  軸受                １０  ピニオン
１１  回り止めブロック
１２  ピン              １３，２２  圧縮ばね
１４  ブッシュ          １５  ピン
１６  ストッパ          １７  ジブ
１８  ラック            １９  テーブル
２０  固定歯車          ２１  可動歯車
３０  測定子            ３１  センサ本体
３２  信号発信部        ｑ0   固定オフセット量
【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】
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【図６】
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