DE102020120635A1

DE102020120635A1 - In-maschinen-messvorrichtung, werkzeugmaschine und in-maschinen-messverfahren

Info

Publication number: DE102020120635A1
Application number: DE102020120635.6A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Murota; Yonpyo Hon; Akira Yamamoto; Tomoki SHIMIZU
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2021-02-18
Also published as: JP2021030315A; US11486696B2; US20210048288A1; JP7473306B2; CN112388392A

Abstract

Eine In-Maschinen-Messvorrichtung (14), die eine Spitzenposition einer Schneide (50) eines Bearbeitungswerkzeugs (48), das an einer Bearbeitungsvorrichtung (12) vorgesehen ist, lokalisiert, umfasst eine Messeinheit (74), die dazu ausgestaltet ist, an einem Werkstück (90), das mit dem Bearbeitungswerkzeug (48) bearbeitet wurde, eine Höhe einer Referenzebene (92), die nicht mit dem Bearbeitungswerkzeug (48) bearbeitet wurde, und eine Höhe einer bearbeiteten Fläche (94), die mit dem Bearbeitungswerkzeug (48) bearbeitet wurde, zu messen, und eine Lokalisierungseinheit (82), die dazu ausgestaltet ist, die Spitzenposition der Schneide (50) des Bearbeitungswerkzeugs (48) auf der Basis von Informationen über eine Bearbeitungstiefe, die während der Bearbeitung des Werkstücks (90) spezifiziert wird, sowie der Höhe der Referenzebene (92) und der Höhe der bearbeiteten Oberfläche (94), die mit der Messeinheit (74) gemessen werden, zu lokalisieren.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine In-Maschinen-Messvorrichtung zur Lokalisierung (Identifizierung) der Position der Spitze der Schneide eines Bearbeitungswerkzeugs, das in einer Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen ist, auf eine Werkzeugmaschine und auf ein In-Maschinen-Messverfahren.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei der Hochpräzisionsbearbeitung mit Werkzeugmaschinen ist es notwendig, die Position der Spitze der Schneide des Bearbeitungswerkzeugs, das an der Werkzeugmaschine angebracht ist, zu finden. Techniken zum Messen der Spitzenposition der Schneide umfassen Kontakt-Werkzeuglängenmessvorrichtungen. Die Verwendung von Kontakt-Werkzeuglängenmessvorrichtungen wird aber nicht bevorzugt, weil die Schneiden der Werkzeugmaschinen, die die Bearbeitungsvorgänge im Nanomaßstab durchführen, so scharfkantig sind, dass sie durch äußere Kräfte beschädigt werden können.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2000-055628 A1 beschreibt ein Verfahren zum Messen der Spitzenposition der Schneide einer Werkzeugmaschine ohne Verwendung einer Kontakt-Werkzeuglängenmessvorrichtung. Dieses Verfahren detektiert die Spitzenposition der Schneide durch Projizieren eines Laserstrahls auf die Spitze eines Kugel-Schaftfräsers, der an der Spindel eines Bearbeitungszentrums angebracht ist, und durch Detektieren des Schattens.
Zusammenfassung der Erfindung
Derartige Bearbeitungswerkzeuge werden aus transparenten Elementen (beispielsweise Einzelkristalldiamanten etc.) hergestellt. Der auf ein transparentes Bearbeitungswerkzeug projizierte Laserstrahl tritt durch die Schneide hindurch. Auf diese Weise ist das Verfahren, das einen Laserstrahl projiziert, ggf. nicht in der Lage, in Abhängigkeit von dem Material des Bearbeitungswerkzeugs die Spitzenposition zu erfassen.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine In-Maschinen-Messvorrichtung vorzuschlagen, welche die Spitzenposition der Schneide unabhängig von dem Material des Bearbeitungswerkzeugs messen kann, sowie eine Werkzeugmaschine und ein In-Maschinen-Messverfahren.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine In-Maschinen-Messvorrichtung gerichtet, die dazu ausgestaltet ist, eine Spitzenposition einer Schneide eines Bearbeitungswerkzeugs, das an einer Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen ist, zu lokalisieren. Die In-Maschinen-Messvorrichtung umfasst eine Messeinheit, die dazu ausgestaltet ist, bei einem Werkstück, das durch das Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, eine Höhe einer Referenzebene, die nicht durch das Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, und eine Höhe einer bearbeiteten Oberfläche, die durch das Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, zu messen, und eine Lokalisierungseinheit, die dazu ausgestaltet ist, die Spitzenposition der Schneide des Bearbeitungswerkzeuges auf der Basis von Informationen über eine Bearbeitungstiefe, die zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks spezifiziert wird, und der Höhe der Referenzebene und der Höhe der bearbeiteten Oberfläche, die durch die Messeinheit gemessen werden, zu lokalisieren.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Werkzeugmaschine mit der In-Maschinen-Messvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt gerichtet.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein In-Maschinen-Messverfahren zum Lokalisieren einer Spitzenposition einer Schneide eines Bearbeitungswerkzeugs gerichtet, das an einer Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen ist. Das In-Maschinen-Messverfahren umfasst einen Messschritt zum Messen einer Höhe einer Referenzebene, die nicht durch das Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, und einer Höhe einer bearbeiteten Oberfläche, die durch das Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, an einem Werkstück, das durch das Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, sowie einen Lokalisierungsschritt zum Lokalisieren der Spitzenposition der Schneide des Bearbeitungswerkzeugs auf der Basis von Informationen über eine Bearbeitungstiefe, die während der Bearbeitung des Werkstücks spezifiziert wird, und der Höhe der Referenzebene und der Höhe der bearbeiteten Oberfläche, die in dem Messschritt gemessen wurden.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Spitzenposition der Schneide unabhängig von dem Material des Bearbeitungswerkzeugs zu messen.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt ist.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das das Erscheinungsbild einer Werkzeugmaschine darstellt,
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Teils der Werkzeugmaschine darstellt,
3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Teils der Werkzeugmaschine darstellt,
4 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Höhe einer Referenzebene und die Höhe der Bodenfläche eines zurückgesetzten Abschnitts gemessen werden,
5 ist ein Fließbild, das einen Prozess zum Lokalisieren der Spitzenposition einer Schneide einer Werkzeugmaschine darstellt,
6 zeigt schematisch den Querschnitt einer bearbeiteten Oberfläche, in der V-Nuten ausgebildet sind,
7 zeigt schematisch, wie das Bearbeitungswerkzeug eine V-Nut mit einer Querschnittsform ausbildet, die ein gleichschenkliges Dreieck ist,
8 zeigt schematisch, wie das Bearbeitungswerkzeug eine V-Nut mit einer Querschnittsform herstellt, die kein gleichschenkliges Dreieck ist,
9 zeigt schematisch ein Kontaktelement, das teilweise in eine V-Nut eintritt,
10 zeigt schematisch die Operation des Kontaktelements bei einer dritten Ausführungsform und
11 zeigt schematisch die Operation des Kontaktelements bei einer vierten Ausführungsform.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die In-Maschinen-Messvorrichtung, die Werkzeugmaschine und das In-Maschinen-Messverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
[Konfiguration der Werkzeugmaschine]
Der Aufbau einer Werkzeugmaschine 10 wird mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. Bei der nachfolgenden Beschreibung sind zwei Achsen, die parallel zu der horizontalen Ebene und senkrecht zueinander verlaufen, als eine X-Achse und eine Y-Achse definiert, und eine Achse parallel zu der vertikalen Ebene ist als eine Z-Achse definiert. Außerdem ist eine Seite der X-Achse als eine Vorderseite und deren andere Seite als eine Rückseite definiert. Außerdem ist eine Seite der Y-Achse als eine rechte Seite und deren andere Seite als eine linke Seite definiert. Außerdem ist eine Seite der Z-Achse als eine obere Seite und deren andere Seite als eine Boden- oder untere Seite definiert. Es ist aber zu bedenken, dass die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse so definiert sein können, dass sie sich in irgendeiner der Vorne-Hinten-Richtung, der Rechts-Links-Richtung und der Oben-Unten-Richtung erstrecken können.
Die Werkzeugmaschine 10 dient als eine Bearbeitungsvorrichtung 12 zur Bearbeitung eines Werkstücks 90 im Nanobereich und auch als eine In-Maschinen-Messvorrichtung 14 zur Durchführung der In-Maschinen-Messung des Werkstücks 90 nach der Bearbeitung.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Werkzeugmaschine 10 ein Bett 16, eine Tischantriebseinheit 18, einen Tisch 20, eine Säule 22, eine Drehkörperantriebseinheit 24, einen Drehkörper (drehenden Körper) 26, eine Drehplatte (drehende Platte) 28 und eine Steuervorrichtung 30.
Das Bett 16 trägt alle Elemente der Werkzeugmaschine 10. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Tischantriebseinheit 18 einen X-Achsenservoverstärker 32x, einen X-Achsenservomotor 34x, einen X-Achsenencoder (Geber) 36x, einen X-Achsenbewegungsmechanismus 38x, einen Y-Achsenservoverstärker 32y, einen Y-Achsenservomotor 34y, einen Y-Achsenencoder (Geber) 36y und einen Y-Achsenbewegungsmechanismus 38y. Der X-Achsenbewegungsmechanismus 38x und der Y-Achsenbewegungsmechanismus 38y weisen Bewegungskraftübertragungsmechanismen, wie Kugelspindeln, auf. Wenn der X-Achsenservoverstärker 32x einen Zielwert als Input von der Steuervorrichtung 30 empfängt und ein Bewegungsleistungssignal an den X-Achsenservomotor 34x aufgibt, dreht sich der X-Achsenservomotor 34x und der X-Achsenbewegungsmechanismus 38x bewegt den Tisch 20 entlang der X-Achse. Wenn der Y-Achsenservoverstärker 32y einen Zielwert als Input von der Steuervorrichtung 30 empfängt und ein Bewegungsleistungssignal an den Y-Achsenservomotor 34y ausgibt, dreht sich in der gleichen Weise der Y-Achsenservomotor 34y und der Y-Achsenbewegungsmechanismus 38y bewegt den Tisch 20 entlang der Y-Achse.
Zurück zu 1 trägt die Säule 22 die Drehkörperantriebseinheit 24. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Drehkörperantriebseinheit 24 einen Drehkörperantrieb 40, einen Drehmotor 42, einen Rotationsmechanismus 44, einen Z-Achsenservoverstärker 32z, einen Z-Achsenservomotor 34z, einen Z-Achsenencoder (Geber) 36z und einen Z-Achsenbewegungsmechanismus 38z. Der Rotationsmechanismus 44 weist einen Bewegungsleistungsübertragungsmechanismus, wie Zahnräder, auf. Der Z-Achsenbewegungsmechanismus 38z weist einen Bewegungsleistungsübertragungsmechanismus, wie eine Kugelspindel, auf. Wenn der Drehkörperantrieb 40 einen Rotationsbefehl als Input von der Steuervorrichtung 30 empfängt und ein Bewegungsleistungssignal an den Drehmotor 42 ausgibt, dreht der Drehmotor 42 und der Rotationsmechanismus 44 bewirkt eine Rotation des Drehkörpers 26 um eine Achse parallel zu der X-Achse. Durch die Rotation des Drehkörpers 26 wird ein Bearbeitungswerkzeug 48 oder ein Messfühler (Sonde) 52 nach unten gerichtet. Wenn der Z-Achsenservoverstärker 32z einen Zielwert als Input von der Steuervorrichtung 30 empfängt und ein Bewegungsleistungssignal an den Z-Achsenservomotor 34z ausgibt, rotiert der Z-Achsenservomotor 34z und der Z-Achsenbewegungsmechanismus 38z veranlasst den Drehkörper 26, sich entlang der Z-Achse zu bewegen.
Der Drehkörper 26 erstreckt sich entlang der Vorwärts-Rückwärts-Richtung und bewegt sich relativ zu der Säule 22 nach oben und nach unten, wenn die Drehkörperantriebseinheit 24 arbeitet. Die Drehplatte 28 ist an dem vorderen Ende des Drehkörpers 26 angebracht. Eine Gruppe von Werkzeugbefestigungsteilen 46 und der Messfühler 52 sind an der vorderen Fläche der Drehplatte 28 befestigt. Die Werkzeugbefestigungsteile 46 tragen das Bearbeitungswerkzeug 48, das eine Schneide 50 aufweist. Das Bearbeitungswerkzeug 48 kann an den Werkzeugbefestigungsteilen 46 angebracht und von diesen entfernt werden. Die Sonde 52 weist ein Kontaktelement 54 auf, dessen Spitze eine gekrümmte Form hat. Das Kontaktelement 54 ist beispielsweise ein kugeliger Körper. Der Messfühler 52 ist an einer Position angebracht, die um 90° zu den Werkzeugbefestigungsteilen 46 versetzt ist. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, weist der Messfühler 52 einen Drucksensor 56 auf.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die Steuervorrichtung 30 über Signalleitungen mit der Tischantriebseinheit 18, der Drehkörperantriebseinheit 24 und dem Messfühler 52 verbunden. Die Steuervorrichtung 30 weist eine Betätigungseinheit 60 und eine Speichereinheit 62 auf. Die Betätigungseinheit 60 wird durch einen Prozessor, beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU) gebildet. Die Betätigungseinheit 60 führt Programme aus, die in der Speichereinheit 62 gespeichert sind, und dient so als eine Schaltsteuereinheit 64, eine Bearbeitungssteuereinheit 66 und eine Messsteuereinheit 68. Die Betätigungseinheit 60 dient als die Bearbeitungssteuereinheit 66, wenn die Werkzeugmaschine 10 als die Bearbeitungsvorrichtung 12 eingesetzt wird. Die Betätigungseinheit 60 dient als die Messsteuereinheit 68, wenn die Werkzeugmaschine 10 als die In-Maschinen-Messvorrichtung 14 eingesetzt wird.
Die Schaltsteuereinheit 64 steuert die Drehoperation des Drehkörpers 26, um das Bearbeitungswerkzeug 48 oder den Messfühler 52 nach unten zu richten, in Reaktion auf einen Schaltvorgang, der durch eine Bedienperson unter Verwendung einer Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) durchgeführt wird, oder in Reaktion auf den Übergang von dem Bearbeitungsvorgang zu einer In-Maschinen-Messung, oder von der In-Maschinen-Messung zu dem Bearbeitungsvorgang.
Die Bearbeitungssteuereinheit 66 dient auch als eine Positionskompensationseinheit 70 und als eine Bearbeitungsvorgangsbefehlseinheit 72. Die Positionskompensationseinheit 70 ist dazu ausgestaltet, Informationen über die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48, die in der Speichereinheit 62 gespeichert sind, zu kompensieren, wenn die In-Maschinen-Messvorrichtung 14 die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 lokalisiert. Die Bearbeitungsvorgangsbefehlseinheit 72 ist dazu ausgestaltet, bei der Bearbeitung Bearbeitungszielwerte an den X-Achsenservoverstärker 32x, den Y-Achsenservoverstärker 32y und den Z-Achsenservoverstärker 32z auf der Basis eines Bearbeitungsprogramms 84 auszugeben.
Die Messsteuereinheit 68 dient außerdem als eine Messvorgangsbefehlseinheit 76, eine Kontaktdetektionseinheit 78, eine Höhenmesseinheit 80 und eine Lokalisierungseinheit 82. Von diesen Einheiten werden die Messvorgangsbefehlseinheit 76, die Kontaktdetektionseinheit 78 und die Höhenmesseinheit 80 auch kollektiv als eine Messeinheit 74 bezeichnet. Die Messvorgangsbefehlseinheit 76 ist dazu ausgestaltet, bei dem In-Maschinen-Messvorgang auf der Basis eines Messprogramms 86 Messzielwerte an den X-Achsenservoverstärker 32x, den Y-Achsenservoverstärker 32y und den Z-Achsenservoverstärker 32z auszugeben. Die Kontaktdetektionseinheit 78 ist dazu ausgestaltet, den Druckwert, der von dem Drucksensor 56 erfasst wird, zu überwachen, um dadurch zu bestimmen, ob das Werkstück 90 und das Kontaktelement 54 in Kontakt miteinander stehen. Die Höhenmesseinheit 80 ist dazu ausgestaltet, als einen gemessenen Höhenwert einen von dem Z-Achsenencoder 36z detektierten Detektionswert festzulegen. Außerdem kompensiert die Höhenmesseinheit 80 den gemessenen Wert, wenn dies notwendig ist. Die Kompensation des gemessenen Wertes wird bei einer zweiten Ausführungsform und später beschrieben. Die Lokalisierungseinheit 82 lokalisiert die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48.
Die Speichereinheit 62 wird durch verschiedene Speicher, wie RAM, ROM und Festplatten gebildet. Die Speichereinheit 62 speichert das Bearbeitungsprogramm 84, das Messprogramm 86 und Werkzeuginformationen 88. Das Bearbeitungsprogramm 84 ist ein Programm zur Spezifizierung von Operationen des Bearbeitungswerkzeugs 48. Das Messprogramm 86 ist ein Programm zur Spezifizierung von Operationen des Messfühlers 52. Die Werkzeuginformation 88 ist eine Information, welche die Art, Form, Größe, Befestigungswinkel etc. des Bearbeitungswerkzeugs 48 angibt. Die Werkzeuginformation 88 ist eine Information über die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48.
[Arbeitsvorgänge der In-Maschinen-Messvorrichtung 14]
[Erste Ausführungsform]
Wenn die Bedienperson eine vorgegebene Operation an der Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) durchführt, dreht die Schaltsteuereinheit 64 die Drehplatte 28, um das Bearbeitungswerkzeug 48 nach unten zu richten. Zu dieser Zeit dient die Werkzeugmaschine 10 als die Bearbeitungsvorrichtung 12. In diesem Fall misst die Bedienperson den Winkel einer Achse 108 des Bearbeitungswerkzeugs 48 (vgl. 7 und dgl.) und gibt diesen Winkel in die Speichereinheit 62 als den Befestigungswinkel der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 ein.
Wie in 4 gezeigt ist, führt die Bearbeitungsvorgangsbefehlseinheit 72 das Bearbeitungsprogramm 84 aus, um einen zurückgesetzten oder vertieften Abschnitt 96 mit einer bestimmten Tiefe in dem Werkstück 90 auszubilden. Bei dieser Ausführungsform ist in dem Werkstück 90 die nicht bearbeitete Oberfläche, die nicht bearbeitet wurde, als eine Referenzebene 92 definiert, und eine Bodenfläche 98 des vertieften Abschnitts 96 ist als eine bearbeitete Oberfläche 94 definiert.
Die Schaltsteuereinheit 64 dreht die Drehplatte 28, um den Messfühler 52 nach unten zu richten, in Reaktion auf einen Schaltsignaloutput, wenn die Bedienperson die Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) betätigt, oder durch Auslösen am Ende des Bearbeitungsprogramms 84. Zu dieser Zeit dient die Werkzeugmaschine 10 als die In-Maschinen-Messvorrichtung 14. Die Messeinheit 74 beginnt die Ausführung des Messprogramms 86 in Reaktion auf einen Messstartsignaloutput, wenn die Bedienperson die Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) betätigt, oder durch Auslösen am Ende des Drehens der Drehplatte 28.
Wenn das Messprogramm 86 ausgeführt wird, misst die Messeinheit 74, wie in 4 gezeigt, eine Höhe der Referenzebene 92 und eine Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94, wobei der Messfühler 52 relativ bewegt wird, und die Lokalisierungseinheit 82 lokalisiert die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 auf der Basis der Messergebnisse der Messeinheit 74. Mit Bezug auf 5 wird ein besonderer Prozess beschrieben.
In Schritt S1 misst die Messeinheit 74 die Höhe der Referenzebene 92. Nun führt die Messeinheit 74 (Messvorgangsbefehlseinheit 76, Kontaktdetektionseinheit 78, Höhenmesseinheit 80) die unten gezeigten Operationen durch. Die Messvorgangsbefehlseinheit 76 bewegt den Tisch 20 in der X-Y-Ebene, um die Referenzebene 92 direkt unter und in großer Nähe zu dem Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 anzuordnen. Die Position in der Referenzebene 92, die nahe zu dem Kontaktelement 54 gebracht wird, wird durch das Messprogramm 86 festgelegt. Außerdem veranlasst die Messvorgangsbefehlseinheit 76 den Drehkörper 26, sich entlang der Z-Achse zu bewegen, um das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 nahe zu der Referenzebene 92 zu bringen. Die Kontaktdetektionseinheit 78 detektiert, dass das Kontaktelement 54 und die Referenzebene 92 in Kontakt miteinander stehen, wenn der durch den Drucksensor 56 erfasste Druckwert einen Schwellenwert, der in der Speichereinheit 62 gespeichert ist, übersteigt. Zu diesem Zeitpunkt veranlasst die Höhenmesseinheit 80 die Speichereinheit 62, den von dem Z-Achsenencoder 36z detektierten Detektionswert als die Höhe der Referenzebene 92 zu speichern. Außerdem veranlasst die Messvorgangsbefehlseinheit 76 den Drehkörper 26, sich entlang der Z-Achse zu bewegen, um das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 von der Referenzebene 92 zu entfernen.
In Schritt S2 misst die Messeinheit 74 die Höhe der Bodenfläche 98 des vertieften Abschnitts 96. Die Operationen sind im Wesentlichen die gleichen wie in Schritt S1. Die Messvorgangsbefehlseinheit 76 bewegt den Tisch 20 in der X-Y-Ebene, um den vertieften Abschnitt 56 direkt unter und in großer Nähe zu dem Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 zu platzieren. Die Position in dem vertieften Abschnitt 96, die nahe zu dem Kontaktelement 54 gebracht wird, wird durch das Messprogramm 86 vorbestimmt. Außerdem veranlasst die Messvorgangsbefehlseinheit 76 den Drehkörper 26, sich entlang der Z-Achse zu bewegen, um das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 nahe zu der Bodenfläche 98 des vertieften Abschnitts 96 zu bringen. Die Kontaktdetektionseinheit 78 detektiert, dass das Kontaktelement 54 und die Bodenfläche 98 in Kontakt miteinander stehen, wenn der von dem Drucksensor 56 erfasste Druckwert einen in der Speichereinheit 62 gespeicherten Schwellenwert übersteigt. Zu dieser Zeit veranlasst die Höhenmesseinheit 80 die Speichereinheit 62 den von dem Z-Achsenencoder 86z detektierten Detektionswert als die Höhe der Bodenfläche 98 zu speichern. Außerdem veranlasst die Messvorgangsbefehlseinheit 76 den Drehkörper 26, sich entlang der Z-Achse zu bewegen, um das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 von der Bodenfläche 98 des vertieften Abschnitts 96 zu entfernen.
In Schritt S3 berechnet die Höhenmesseinheit 80 die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94. Bei dieser Ausführungsform definiert die Höhenmesseinheit 80 die Höhe der Bodenfläche 98, die in Schritt S2 gemessen wurde, als die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94.
In Schritt S4 lokalisiert die Lokalisierungseinheit 82 die Spitzenposition der Schneide 50. Die Lokalisierungseinheit 82 lokalisiert die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 auf der Basis von Informationen über die Bearbeitungstiefe, die durch das Bearbeitungsprogramm 84 während der Bearbeitung des Werkstücks 90 spezifiziert wird, der gemessenen Höhe der Referenzebene 92 und der gemessenen Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94. Wenn beispielsweise die durch das Bearbeitungsprogramm 84 spezifizierte Bearbeitungstiefe gleich D1 ist und die Differenz zwischen der Höhe der Referenzebene 92 und der Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 gleich D2 ist (< D1), dann wird befunden, dass die Spitzenposition der Schneide 50 um (D1 - D2) nach oben abweicht. Die Lokalisierungseinheit 82 identifiziert diese Abweichungen. Die Lokalisierungseinheit 82 sendet die Information über die Abweichung, d.h. die Richtung und die Tiefe der Abweichung, an die Positionskompensationseinheit 70 der Bearbeitungssteuereinheit 66. Bei Empfang der Informationen über die Abweichung kompensiert die Positionskompensationseinheit 70 die Information über die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48, die in der Speichereinheit 62 gespeichert ist.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform wird beschrieben, mit der die Messgenauigkeit der ersten Ausführungsform weiter verbessert werden kann. Es wird eine Implementierung erläutert, bei die Bearbeitungsvorrichtung 12 einen Nutenschneidvorgang (Einstechbearbeitung) nach dem Bearbeitungsprogramm 84 durchführt.
Die Werkzeugmaschine 10 führt eine Einstechbearbeitung durch, bei der das Bearbeitungswerkzeug 58 in einer ersten Richtung bewegt wird, während die Schneide 50 an dem Werkstück 90 anliegt, wobei das Bearbeitungswerkzeug 58 sequenziell um eine bestimmte Strecke (Pitch) in einer zweiten Richtung verschoben wird, welche die erste Richtung schneidet. Beispielsweise wird die erste Richtung als die Rückwärtsrichtung definiert, und die zweite Richtung wird als die Richtung nach links definiert. Wie in 6 gezeigt ist, werden V-Nuten 100 mit einem V-förmigen Querschnitt in der Bodenfläche 98 des vertieften Abschnitts 96 des Werkstücks 90 ausgebildet. Der zwischen zwei Wandflächen 106 jeder V-Nut 100 gebildete Winkel ist der gleiche wie der Öffnungswinkel der Spitze der Schneide 50. Die V-Nuten 100 werden entlang des Bewegungsweges der Einstichschneide 50 (Nutmesser) ausgebildet. Somit erstrecken sich die V-Nuten 100 entlang der ersten Richtung und liegen in der zweiten Richtung sukzessive nebeneinander.
Bei der ersten Ausführungsform ermittelt die Höhenmesseinheit 80 den Detektionswert, der von dem Z-Achsenencoder 36z detektiert wird, wenn das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 in Kontakt mit der Bodenfläche 98 tritt, als die Höhe (Tiefe) der bearbeiteten Oberfläche 94, wodurch die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeuges 48 lokalisiert wird. Bei diesem Messverfahren erfordert eine genaue Lokalisierung der Spitzenposition der Schneide 50 das in Kontakt-Bringen des Kontaktelements 54 des Messfühlers 92 mit einem tiefsten Abschnitt 102 der V-Nut 100. Wenn aber das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 größer ist als die Breite (Pitch) der V-Nut 100, kann das Kontaktelement 54 nicht in die V-Nut 100 eintreten. Dementsprechend berührt das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 den tiefsten Abschnitt 102 nicht.
Daher berechnet bei der zweiten Ausführungsform die Höhenmesseinheit 80 die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 durch Kompensieren des von dem Z-Achsenencoder 36z detektierten Detektionswerts. Im Einzelnen berechnet die Höhenmesseinheit 80 die Tiefe der V-Nut 100 (die Länge von einer Spitze (oberes Ende) 104 zu dem tiefsten Abschnitt 102) und addiert dann diesen berechneten Wert zu dem von dem Z-Achsenencoder 36z detektierten Detektionswert. Hierbei wird angenommen, dass der von dem Z-Achsenencoder 36z detektierte Detektionswert die Höhe der oberen Spitze (Oberseite) 104 der V-Nut 100 ist. Beispielsweise führt die Höhenmesseinheit 80 die unten angegebenen Berechnungen durch.
[Wenn die Querschnittsform der V-Nut 100 ein gleichschenkliges Dreieck ist]
Mit Bezug auf 7 wird ein Verfahren zur Berechnung der Tiefe der V-Nut 100 mit dem Querschnitt eines gleichschenkligen Dreiecks beschrieben. Wenn beispielsweise die Schneide 50 des Bearbeitungswerkstücks 58 achsensymmetrisch zu der Achse 108 ist und die Achse 108 des Bearbeitungswerkzeugs 48 senkrecht zu dem Werkstück 90 verläuft, ist der Querschnitt der V-Nut 100 ein gleichschenkliges Dreieck.
Die Höhenmesseinheit 80 empfängt als Input von der Werkzeuginformation 88 Informationen über die Form der Spitze der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 und Informationen über den Winkel der Achse 108 des Bearbeitungswerkzeugs 48 und bestimmt, ob die V-Nut 100 ein gleichschenkliges Dreieck bildet. Wenn die V-Nut 100 ein gleichschenkliges Dreieck bildet, berechnet die Höhenmesseinheit 80 die Tiefe der V-Nut 100 gemäß nachfolgender Gleichung (1). $D = (P/ 2) \times tan {90 - (θ_{1} / 2)}$
wobei θ₁: der Öffnungswinkel der Spitze der Schneide 50 (bekannt aus der Werkzeuginformation 88)

P: die Breite (Pitch) der V-Nuten 100 (bekannt aus dem Bearbeitungsprogramm 84)
D: die Tiefe der V-Nut 100 ist

Die Höhenmesseinheit 80 addiert eine Tiefe (D) der V-Nut 100, die nach Gleichung (1) berechnet wurde, zu dem von dem Z-Achsenencoder 36z detektierten Detektionswert, um dadurch das berechnete Ergebnis als die Höhe der Bearbeitungsfläche 94 zu erhalten. „Addieren“ meint hierbei die Addition des berechneten Ergebnisses zu der gemessenen Höhe in der Tiefenrichtung.
[Wenn die Querschnittsform der V-Nut 100 kein gleichschenkliges Dreieck ist]
Mit Bezug auf 8 wird ein Verfahren zum Berechnen der Tiefe der V-Nut 100 mit einer Querschnittsform, die kein gleichschenkliges Dreieck ist, beschrieben. Auch wenn die Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 58 achsensymmetrisch zu der Achse 108 ist, ist die Querschnittsform der V-Nut 100 ein anderes Dreieck als ein gleichschenkliges Dreieck, wenn beispielsweise das Bearbeitungswerkzeug 48 derart an der Bearbeitungsvorrichtung 12 angebracht ist, dass die Achse 108 relativ zu dem Werkstück 90 schräg steht.
Die Höhenmesseinheit 80 empfängt als Input von der Werkzeuginformation 88 Informationen über die Form der Spitze der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 und Informationen über den Winkel der Achse 108 des Bearbeitungswerkzeugs 48 und bestimmt, ob die V-Nut 100 ein gleichschenkliges Dreieck bildet. Wenn festgestellt wird, dass die V-Nut 100 kein gleichschenkliges Dreieck bildet, dann berechnet die Höhenmesseinheit 80 die Tiefe der V-Nut 100 gemäß der nachfolgenden Gleichung (2). $D = P \times tan θ_{2} \times tan θ_{3} / (tan θ_{2} + tan θ_{3})$
wobei $θ_{2} = 90 - {(θ_{1} / 2) - θ_{0}}$
$θ_{3} = 90 - {(θ_{1} / 2) + θ_{0}}$

θ₀: der Winkel der Achse 108 (bekannt aus der Werkzeuginformation 88)
θ₁: der Öffnungswinkel der Spitze der Schneide 50 (bekannt aus der Werkzeuginformation 88)
P: die Breite (Pitch) der V-Nuten 100 (bekannt aus dem Bearbeitungsprogramm 84)
D: die Tiefe der V-Nut 100

[Berechnung der Gleichung (2)]
D wird durch die folgenden zwei Gleichungen ausgedrückt. $\begin{array}{l} D = L \times tan θ_{2} \\ D = (P - L) \times tan θ_{3} \end{array}$
Aus den beiden Gleichungen wird L durch die folgende Gleichung ausgedrückt. $L = (P \times tan θ_{3}) / (tan θ_{2} + tan θ_{3})$
Dementsprechend gilt $D = P \times tan θ_{2} \times tan θ_{3} / (tan θ_{2} + tan θ_{3})$
Die Höhenmesseinheit 80 addiert die Tiefe (D) der V-Nut 100, die gemäß Gleichung (2) berechnet wird, zu dem von dem Z-Achsenencoder 36z detektierten Detektionswert, um dadurch das berechnete Ergebnis als die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 zu erhalten.
Die Tiefe (D) der V-Nut 100 kann auch gemäß nachfolgender Gleichung (5), Gleichung (6) anstelle der obigen Gleichung (2) berechnet werden. $D = P \times sin θ_{3} \times cos (θ_{1} + θ_{3}) /sin θ_{1}$
$D = P \times (1 + tan θ_{1} / 2) \times tan θ_{0} / 2 tan θ_{0} (θ_{1} / 2)$
[Dritte Ausführungsform]
Es wird eine dritte Ausführungsform beschrieben, die die Messgenauigkeit der zweiten Ausführungsform weiter verbessern kann.
Die obige zweite Ausführungsform liefert ein Verfahren, bei dem die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 unter der Annahme berechnet wird, dass der von dem Z-Achsenencoder 36z detektierte Detektionswert die Höhe der oberen Spitze 104 der V-Nut 100 ist. Wie in 9 gezeigt ist, kann aber ein Teil des Kontaktelements 54 des Messfühlers 52 in die V-Nut 100 eintreten. In diesem Fall gibt der von dem Z-Achsenencoder 36z detektierte Detektionswert die Höhe der Position an, die etwas tiefer liegt als die obere Spitze 104 der V-Nut 100. Daher kann bei dem Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform ein Fehler generiert werden. Bei der dritten Ausführungsform führt die Messeinheit 74 die nachfolgenden Operationen durch, um den Fehler zu verringern.
Wie in 10 gezeigt ist, steuert die Messvorgangsbefehlseinheit 76 den Y-Achsenservomotor 34y so, dass er den Vorgang der Bewegung des Messfühlers 52 in der zweiten Richtung und das Stoppen des Messfühlers 52 nach jeweils vorgegebenen Abständen wiederholt. Bei jeder Position, an der der Y-Achsenservomotor 34y gestoppt wird, steuert die Messvorgangsbefehlseinheit 76 den Z-Achsenservomotor 34z, um das Kontaktelement 54 in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche 94 zu bringen. Die Höhenmesseinheit 80 veranlasst die Speichereinheit 62, die von dem Z-Achsenencoder 36z detektierten Detektionswerte zu speichern. Wenn das Intervall zwischen zwei benachbarten Messpositionen nicht der Breite (Pitch) der V-Nuten 100 entspricht, werden mehrere unterschiedliche Detektionswerte gespeichert. Die Höhenmesseinheit 80 wählt von den gespeicherten Detektionswerten denjenigen Detektionswert aus, der die Höhe einer flachsten Position angibt, um dadurch diesen Wert als die Höhe der oberen Spitze 104 der V-Nut 100 zu erhalten. Die Höhenmesseinheit 80 addiert die Tiefe (D) der V-Nuten 100, die mit dem bei der zweiten Ausführungsform erläuterten Verfahren berechnet wurde, zu der ausgewählten Höhe der Oberseite 104 der V-Nut 100, um dadurch das Berechnungsergebnis als die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 zu erhalten.
[Vierte Ausführungsform]
Es wird eine vierte Ausführungsform beschrieben, mit der die Messgenauigkeit der dritten Ausführungsform weiter verbessert werden kann.
Wie in 11 gezeigt ist, steuert die Messvorgangsbefehlseinheit 76 den Y-Achsenservomotor 34y und den Z-Achsenservomotor 34z, um das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 in der zweiten Richtung zu bewegen, wobei es in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche 94 gehalten wird. Um die Genauigkeit zu verbessern, ist es notwendig, den Bewegungsweg so einzustellen, dass er wenigstens gleich der oder größer als die Breite (Pitch) der V-Nuten 100 ist. Wenn der Messfühler 52 die Relativbewegung durchführt, veranlasst die Höhenmesseinheit 80 die Speichereinheit 62, die von dem Z-Achsenencoder 36z gespeicherten Detektionswerte zu speichern. Die Detektionswerte sind Werte, die nacheinander zunehmen und abnehmen. Die Höhenmesseinheit 80 wählt von den gespeicherten Detektionswerten denjenigen Detektionswert aus, der die Höhe an einer flachsten Position angibt, um dadurch diesen Wert als die Höhe der oberen Spitze 104 der V-Nut 100 zu erhalten.
[Modifikationen]
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen bewegt die Werkzeugmaschine 10 den Tisch 20 entlang der X-Y-Ebene und bewegt den Drehkörper 26 entlang der Z-Achse. Die Werkzeugmaschine 10 kann aber auch den Tisch 20 oder den Drehkörper 26 entlang der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse bewegen.
Die Werkzeugmaschine 10 umfasst eine Gruppe (Set) von Werkzeugbefestigungsteilen 46 an der Drehplatte 28 und trägt ein einzelnes Bearbeitungswerkzeug 48. Die Werkzeugmaschine 10 kann aber auch mehrere Gruppen (Sets) von Werkzeugbefestigungsteilen 46 an der Drehplatte 28 aufweisen und zwei oder mehr Bearbeitungswerkzeuge 48 tragen. Außerdem kann ein Revolvermagazin, das das Bearbeitungswerkzeug 48 aus einem Werkzeugbehälter entnimmt und das Bearbeitungswerkzeug 48 an den Werkzeugbefestigungsteilen 46 fixiert, nahe der Werkzeugmaschine 10 vorgesehen sein.
Ein Dummy-Werkstück kann anstelle des Werkstücks 90 verwendet werden. Die In-Maschinen-Messvorrichtung 14 kann die In-Maschinen-Messung des Werkstücks 90, das an einer anderen Vorrichtung bearbeitet wurde, durchführen und die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 dieser Vorrichtung lokalisieren. Die Referenzebene 92 kann eine Oberfläche sein, die von einem anderen Bearbeitungswerkzeug 48 bearbeitet wurde.
[Erfindung, die sich aus den Ausführungsformen ergibt]
Die Erfindung, die sich aus den Ausführungsformen und den Modifikationen, die oben beschrieben wurden, ableiten lässt, wird nachfolgend wiedergegeben.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine In-Maschinen-Messvorrichtung 14 vor, die dazu ausgestaltet ist, eine Spitzenposition einer Schneide 50 eines Bearbeitungswerkzeugs 48 zu lokalisieren, das an einer Bearbeitungsvorrichtung 12 vorgesehen ist. Die In-Maschinen-Messvorrichtung 14 umfasst eine Messeinheit 74, die dazu ausgestaltet ist, bei einem Werkstück 90, das durch das Bearbeitungswerkzeug 48 bearbeitet wurde, die Höhe einer Referenzebene 92, die durch das Bearbeitungswerkzeug 48 nicht bearbeitet wurde, und die Höhe einer bearbeiteten Oberfläche 94, die durch das Bearbeitungswerkzeug 48 bearbeitet wurde, zu messen, und eine Lokalisierungseinheit 82, die dazu ausgestaltet ist, die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 auf der Basis von Informationen über eine Bearbeitungstiefe, die während der Bearbeitung des Werkstücks 90 spezifiziert wird, und der Höhe der Referenzebene 92 und der Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94, die von der Messeinheit 74 gemessen wurden, zu lokalisieren.
Mit dieser Konfiguration wird die tatsächlich bearbeitete Tiefe durch Berechnen einer Differenz zwischen der Höhe der Referenzebene 92 und der Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 gemessen, und die bearbeitete Tiefe wird mit Bearbeitungstiefe verglichen, die während der Bearbeitung spezifiziert wird, um dadurch die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 an der Bearbeitungsvorrichtung 12 zu lokalisieren. Die tatsächlich bearbeitete Tiefe kann mithilfe des Messfühlers 52 oder dergleichen gemessen werden. Dadurch ist es möglich, die Spitzenposition der Schneide 50 unabhängig von dem Material des Bearbeitungswerkzeugs 48 zu messen.
Bei dem ersten Aspekt der Erfindung kann die Bearbeitungsvorrichtung 12 einen vertieften Abschnitt 96 mit der Bearbeitungstiefe in dem Werkstück 90 ausbilden, indem ein Einstechvorgang durchgeführt wird, bei dem das Bearbeitungswerkzeug 48 in einer ersten Richtung (beispielsweise rückwärts) bewegt wird, wobei die Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 an dem Werkstück 90 anliegt, wobei das Bearbeitungswerkzeug 48 um einen bestimmten Vorschub (Pitch) sequenziell in einer zweiten Richtung (beispielsweise nach links), welche die erste Richtung schneidet, verschoben wird, und eine Bodenfläche 98 des vertieften Abschnitts 96 kann die bearbeitete Oberfläche 94 aufweisen, wobei mehrere V-Nuten 100 mit einer Querschnittsform, die einer Spitzenform der Schneide 50 entspricht, sich in der ersten Richtung erstrecken und nacheinander in der zweiten Richtung nebeneinander liegen.
Bei dem ersten Aspekt der Erfindung kann die In-Maschinen-Messvorrichtung 14 außerdem aufweisen einen Messfühler 52 mit einem Kontaktelement 54, das größer ist als eine Breite der V-Nuten 100, einen ersten Motor (Z-Achsenservomotor 34z), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler 52 in einer Richtung zu dem Werkstück 90 und in einer Richtung weg von dem Werkstück 90 zu bewegen, und einen ersten Drehpositionssensor (Z-Achsenencoder 36z), der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des ersten Motors zu erfassen. Die Messeinheit 74 kann dazu ausgestaltet sein, den ersten Motor so zu steuern, dass er den Messfühler 52 und die Referenzebene 92 nahe zueinander bringt, und die Höhe der Referenzebene 92 auf der Basis eines Detektionswerts berechnet, der von dem ersten Drehpositionssensor detektiert wird, wenn das Kontaktelement 54 in Kontakt mit der Referenzebene 92 tritt, und den ersten Motor so zu steuern, dass er den Messfühler 52 und die bearbeitete Oberfläche 94 nahe zueinander bringt, und die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 auf der Basis eines Detektionswerts, der von dem ersten Drehpositionssensor detektiert wird, wenn das Kontaktelement 54 in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche 94 kommt, sowie Informationen über die gegebene Breite (Pitch) und Informationen über die Spitzenform der Schneide 50 zu berechnen.
Bei dem ersten Aspekt der Erfindung kann die In-Maschinen-Messvorrichtung 14 außerdem einen zweiten Motor (Y-Achsenservomotor 34y), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler 52 in der zweiten Richtung (beispielsweise nach links) zu bewegen, und einen zweiten Drehpositionssensor (Y-Achsenencoder 36y) aufweisen, der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des zweiten Motors zu detektieren. Die Messeinheit 74 kann dazu ausgestaltet sein, den zweiten Motor so zu steuern, dass er den Messfühler 52 in der zweiten Richtung bewegt, und die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 auf der Basis einer Detektionswertes von den durch den zweiten Drehpositionssensor an mehreren Position detektierten Detektionswerten, der eine Höhe an einer flachsten Position angibt, den Informationen über die gegebene Breite (Pitch) und den Informationen über die Spitzenform der Schneide 50 zu berechnen.
Bei der obigen Konfiguration werden die feinen V-Nuten 100 entsprechend der Spitzenform der Schneide 50 in der bearbeiteten Oberfläche 54 ausgebildet, und die Höhe der tiefsten Abschnitte 102 der V-Nuten 100 kann durch Berechnen erhalten werden, auch wenn das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 die tiefsten Abschnitte 102 nicht kontaktieren kann. Dadurch ist es möglich, die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 genau zu ermitteln. Es ist daher möglich, die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 58 akkurat zu lokalisieren.
Bei dem ersten Aspekt der Erfindung kann die In-Maschinen-Messvorrichtung 145 außerdem einen zweiten Motor (Y-Achsenservomotor 34y), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler 52 in der zweiten Richtung zu bewegen (beispielsweise nach links), und einen zweiten Drehpositionssensor (Y-Achsenencoder 36y) aufweisen, der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des zweiten Motors zu detektieren. Die Messeinheit 74 kann dazu ausgestaltet sein, den zweiten Motor so zu steuern, dass er den Messfühler 52 in der zweiten Richtung bewegt, wobei das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche 94 steht, und die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 auf der Basis eines Detektionswerts von den durch den zweiten Drehpositionssensor detektierten Detektionswerten, der eine Höhe an einer flachsten Position angibt, der Informationen über die gegebene Breite (Pitch) und den Informationen über die Spitzenform der Schneide 50 zu berechnen.
Bei der obigen Konfiguration werden die feinen V-förmigen Nuten 100 entsprechend der Spitzenform der Schneide 50 in der bearbeiteten Oberfläche 94 ausgebildet, und die Höhe der tiefsten Abschnitte 102 der V-Nuten 100 kann durch Berechnung erhalten werden, auch wenn das Kontaktelement 54 des Messfühlers 92 nicht in Kontakt mit den tiefsten Abschnitten 102 treten kann. Insbesondere kann die Tiefe des tiefsten Abschnitts 102 von der oberen Spitze 104 der V-Nut 100 akkurat berechnet werden. Dadurch ist es möglich, die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 genauer zu ermitteln. Dadurch ist es möglich, die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 genauer zu lokalisieren.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Werkzeugmaschine 10 mit der In-Maschinen-Messvorrichtung 14 gemäß dem ersten Aspekt vor.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein In-Maschinen-Messverfahren zum Lokalisieren einer Spitzenposition einer Schneide 50 eines an einer Bearbeitungsvorrichtung 12 vorgesehenen Bearbeitungswerkzeugs 48 gerichtet. Das In-Maschinen-Messverfahren umfasst einen Messschritt zum Messen einer Höhe einer Referenzebene 92, die mit dem Bearbeitungswerkzeug 48 nicht bearbeitet wurde, und einer Höhe einer bearbeiteten Oberfläche 94, die mit dem Bearbeitungswerkzeug 48 bearbeitet wurde, an einem Werkstück 90, das mit dem Bearbeitungswerkzeug 48 bearbeitet wurde, und einen Lokalisierungsschritt zum Lokalisieren der Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 auf der Basis von Informationen über eine Bearbeitungstiefe, die während der Bearbeitung des Werkstücks 90 spezifiziert wird, und der Höhe der Referenzebene 92 sowie der Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94, die in dem Messschritt gemessen wurden.
Bei der obigen Ausführungsform wird die tatsächliche bearbeitete Tiefe durch Berechnen einer Differenz zwischen der Höhe der Referenzebene 92 und der Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 gemessen, und die bearbeitete Tiefe wird mit der Bearbeitungstiefe verglichen, die während der Bearbeitung spezifiziert wird, um dadurch die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 an der Bearbeitungsvorrichtung 12 zu lokalisieren. Die tatsächlich bearbeitete Tiefe kann mithilfe des Messfühlers 52 oder dergleichen gemessen werden. Dadurch ist es möglich, die Spitzenposition der Schneide 50 unabhängig von dem Material des Bearbeitungswerkzeugs 48 zu messen.
Bei dem dritten Aspekt der Erfindung kann die Bearbeitungsvorrichtung 12 einen vertieften Abschnitt 96 mit der Bearbeitungstiefe in dem Werkstück 90 ausbilden, indem ein Einstechvorgang durchgeführt wird, bei dem das Bearbeitungswerkzeug 48 in einer ersten Richtung (beispielsweise rückwärts) bewegt wird, wobei die Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 an dem Werkstück 90 anliegt, wobei das Bearbeitungswerkzeug 48 mit einem gegebenen Vorschub (Pitch) in einer zweiten Richtung (beispielsweise nach links), welche die erste Richtung schneidet, sequenziell verschoben wird, und eine Bodenfläche 98, des vertieften Abschnitts 96 kann die bearbeitete Oberfläche 94 aufweisen, wobei mehrere V-Nuten 100 mit einer Querschnittsform entsprechend der Spitzenform der Schneide 50 sich in der ersten Richtung erstrecken und sukzessive in der zweiten Richtung nebeneinander liegen.
Bei dem dritten Aspekt der Erfindung können ein Messfühler 52 mit einem Kontaktelement 54, das größer ist als eine Breite der V-Nuten 100, ein erster Motor (Z-Achsenservomotor 34z), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler 52 in einer Richtung zu dem Werkstück 90 und einer Richtung weg von dem Werkstück 90 zu bewegen, und ein erster Drehpositionssensor (Z-Achsenencoder 36z), der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des ersten Motors zu detektieren, vorgesehen sein. Der Messschritt kann umfassen das Steuern des ersten Motors, um den Messfühler 52 und die Referenzebene 92 nahe zueinander zu bringen, und das Berechnen der Höhe der Referenzebene 92 auf der Basis eines Detektionswertes, der von dem ersten Drehpositionssensor detektiert wird, wenn das Kontaktelement 54 in Kontakt mit der Referenzebene 92 tritt, und das Steuern des ersten Motors, um den Messfühler 52 und die bearbeitete Oberfläche 94 nahe zueinander zu bringen, und das Berechnen der Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 auf der Basis eines Detektionswerts, der von dem ersten Drehpositionssensor detektiert wird, wenn das Kontaktelement 54 in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche 94 tritt, Informationen über den gegebenen Abstand (Pitch) und Informationen über die Spitzenform der Schneide 50.
Bei dem dritten Aspekt der Erfindung können ein zweiter Motor (Y-Achsenservomotor 34y), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler 52 in der zweiten Richtung (beispielsweise nach links) zu bewegen, und ein zweiter Drehpositionssensor (Y-Achsenencoder 36y), der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des zweiten Motors zu detektieren, vorgesehen sein. Der Messschritt kann umfassen das Steuern des zweiten Motors, um den Messfühler 52 in der zweiten Richtung zu bewegen, und das Berechnen der Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 auf der Basis eines Detektionswerts von den durch den zweiten Drehpositionssensor an mehreren Position detektierten Detektionswerten, der eine Höhe an einer flachsten Position angibt, den Informationen über den gegebenen Abstand (Pitch) und den Informationen über die Spitzenform der Schneide.
Bei der obigen Konfiguration werden die feinen V-Nuten 100 entsprechend der Spitzenform der Schneide 50 in der bearbeiteten Oberfläche 94 ausgebildet, und die Höhe der tiefsten Abschnitte 102 der V-Nuten 100 kann durch Berechnung erhalten werden, auch wenn das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 nicht in Kontakt mit den tiefsten Abschnitten 102 treten kann. Dadurch ist es möglich, die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 akkurat zu ermitteln. Es ist daher möglich, die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 akkurat zu lokalisieren.
Bei dem dritten Aspekt der Erfindung können ein zweiter Motor (Y-Achsenservomotor 34y), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler 52 in der zweiten Richtung (beispielsweise nach links) zu bewegen, und ein zweiter Drehpositionssensor (Y-Achsenencoder 36y), der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des zweiten Motors zu detektieren, vorgesehen sein. Der Messschritt kann umfassen das Steuern des zweiten Motors, um den Messfühler 52 in der zweiten Richtung zu bewegen, wobei das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche 94 steht, und das Berechnen der Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 auf der Basis eines Detektionswertes von den durch den zweiten Drehpositionssensor detektierten Detektionswerten, der eine Höhe an einer flachsten Position angibt, den Informationen über die gegebene Breite (Pitch) und den Informationen über die Spitzenform der Schneide 50.
Mit der obigen Konfiguration werden die feinen V-Nuten 100 entsprechend der Spitzenform der Schneide 50 in der bearbeiteten Oberfläche 94 ausgebildet, und die Höhe der tiefsten Abschnitte 102 der V-Nuten 100 kann durch Berechnen erhalten werden, auch wenn das Kontaktelement 54 des Messfühlers 52 nicht in Kontakt mit den tiefsten Abschnitten 102 treten kann. Insbesondere kann die Tiefe des tiefsten Abschnitts 102 von der oberen Spitze 104 der V-Nut 100 genau berechnet werden. Dadurch ist es möglich, die Höhe der bearbeiteten Oberfläche 94 genauer zu ermitteln. Es ist daher möglich, die Spitzenposition der Schneide 50 des Bearbeitungswerkzeugs 48 genauer zu lokalisieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000055628 A1 [0003]

Claims

Eine In-Maschinen-Messvorrichtung (14) die dazu ausgestaltet ist, eine Spitzenposition einer Schneide (50) eines Bearbeitungswerkzeugs (48), das an einer Bearbeitungsvorrichtung (12) vorgesehen ist, zu lokalisieren, wobei die In-Maschinen-Messvorrichtung aufweist: eine Messeinheit (74), die dazu ausgestaltet ist, an einem Werkstück (90), das mit dem Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, eine Höhe einer Referenzebene (92), die mit dem Bearbeitungswerkzeug nicht bearbeitet wurde, und eine Höhe einer bearbeiteten Oberfläche (94), die mit dem Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, zu messen, und eine Lokalisierungseinheit (82), die dazu ausgestaltet ist, die Spitzenposition der Schneide des Bearbeitungswerkzeugs auf der Basis von Informationen über eine Bearbeitungstiefe, die während des Bearbeitens des Werkstücks spezifiziert wird, und der Höhe der Referenzebene und der Höhe der bearbeiteten Oberfläche, die von der Messeinheit gemessen werden, zu lokalisieren.
Die In-Maschinen-Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungsvorrichtung dazu ausgestaltet ist, einen vertieften Abschnitt (96) mit der Bearbeitungstiefe in dem Werkstück auszubilden, indem ein Einstechvorgang durchgeführt wird, bei dem das Bearbeitungswerkzeug in einer ersten Richtung bewegt wird, wobei die Schneide des Bearbeitungswerkzeugs an dem Werkstück anliegt, wobei das Bearbeitungswerkzeug um einen gegebenen Abstand in einer zweiten Richtung, welche die erste Richtung schneidet, sequenziell verschoben wird, und wobei eine Bodenfläche (98) des vertieften Abschnitts die bearbeitete Oberfläche aufweist, wobei mehrere V-Nuten (100) mit einer Querschnittsform entsprechend einer Spitzenform der Schneide sich entlang der ersten Richtung erstrecken und in der zweiten Richtung sukzessive nebeneinander liegen.
Die In-Maschinen-Messvorrichtung nach Anspruch 2, außerdem mit: einem Messfühler (52) mit einem Kontaktelement (54), das größer ist als eine Breite der V-Nuten, einem ersten Motor (34z), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler in einer Richtung zu dem Werkstück und in einer Richtung weg von dem Werkstück zu bewegen, und einem ersten Drehpositionssensor (36z), der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des ersten Motors zu detektieren, wobei die Messeinheit dazu ausgestaltet ist, den ersten Motor so zu steuern, dass er den Messfühler und die Referenzebene nahe zueinander bringt, und die Höhe der Referenzebene auf der Basis eines Detektionswertes, der durch den ersten Drehpositionssensor detektiert wird, wenn das Kontaktelement in Kontakt mit der Referenzebene tritt, zu berechnen, und den ersten Motor so zu steuern, dass er den Messfühler und die bearbeitete Oberfläche nahe zueinander bringt, und die Höhe der bearbeiteten Oberfläche auf der Basis eines Detektionswerts, der durch den ersten Drehpositionssensor detektiert wird, wenn das Kontaktelement in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche tritt, Informationen über die gegebene Breite und Informationen über die Spitzenform der Schneide zu berechnen.
Die In-Maschinen-Messvorrichtung nach Anspruch 3, außerdem mit: einem zweiten Motor (34y), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler in der zweiten Richtung zu bewegen, und einem zweiten Drehpositionssensor (36y), der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des zweiten Motors zu detektieren, wobei die Messeinheit dazu ausgestaltet ist, den zweiten Motor so zu steuern, dass er den Messfühler in der zweiten Richtung bewegt, und die Höhe der bearbeiteten Oberfläche auf der Basis eines Detektionswerts von Detektionswerten, die durch den zweiten Drehpositionssensor an mehreren Positionen detektiert werden, der eine Höhe an einer flachsten Position angibt, den Informationen über die gegebene Breite und den Informationen über die Spitzenform der Schneide zu berechnen.
Die In-Maschinen-Messvorrichtung nach Anspruch 3, außerdem mit: einem zweiten Motor, der dazu ausgestaltet ist, die Probe in der zweiten Richtung zu bewegen, und einem zweiten Drehpositionssensor, der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des zweiten Motors zu detektieren, wobei die Messeinheit dazu ausgestaltet ist, den zweiten Motor so zu steuern, dass er den Messfühler in der zweiten Richtung bewegt, wobei das Kontaktelement des Messfühlers in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche steht, und die Höhe der bearbeiteten Oberfläche auf der Basis eines Detektionswerts von den Detektionswerten, die durch den zweiten Drehpositionssensor detektiert wurden, der eine Höhe an einer flachsten Position angibt, der Informationen über die gegebene Breite und den Informationen über die Spitzenform der Schneide zu berechnen.
Eine Werkzeugmaschine mit der In-Maschinen-Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Ein In-Maschinen-Messverfahren zum Lokalisieren einer Spitzenposition einer Schneide (50) eines Bearbeitungswerkzeugs (48), das an einer Bearbeitungsvorrichtung (12) vorgesehen ist, wobei das In-Maschinen-Messverfahren umfasst: einen Messschritt zum Messen einer Höhe einer Referenzebene (92), die mit dem Bearbeitungswerkzeug nicht bearbeitet wurde, und einer Höhe einer bearbeiteten Oberfläche (94), die mit dem Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, an einem Werkstück (90), das mit dem Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, und einen Lokalisierungsschritt zum Lokalisieren der Spitzenposition der Schneide des Bearbeitungswerkzeugs auf der Basis von Informationen über eine Bearbeitungstiefe, die während der Bearbeitung des Werkstücks spezifiziert wird, und der Höhe der Referenzebene und der Höhe der bearbeiteten Oberfläche, die in dem Messschritt gemessen werden.
Das In-Maschinen-Messverfahren nach Anspruch 7, wobei die Bearbeitungsvorrichtung dazu ausgestaltet ist, einen vertieften Abschnitt (96) mit der Bearbeitungstiefe in dem Werkstück auszubilden, indem ein Einstechvorgang durchgeführt wird, bei dem das Bearbeitungswerkzeug in einer ersten Richtung bewegt wird, wobei die Schneide des Bearbeitungswerkzeugs an dem Werkstück anliegt, wobei das Bearbeitungswerkzeug sequenziell um einen bestimmten Abstand in einer zweiten Richtung verschoben wird, welche die erste Richtung schneidet, und wobei eine Bodenfläche (98) des vertieften Abschnitts die bearbeitete Oberfläche aufweist, wobei mehrere V-Nuten (100) mit einer Querschnittsform entsprechend einer Spitzenform der Schneide sich in der ersten Richtung erstrecken und in der zweiten Richtung sukzessive nebeneinander liegen.
Das In-Maschinen-Messverfahren nach Anspruch 8, wobei vorgesehen sind: ein Messfühler (52) mit einem Kontaktelement (54), das größer ist als eine Breite der V-Nuten, ein erster Motor (34z), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler in einer Richtung zu dem Werkstück und in einer Richtung weg von dem Werkstück zu bewegen, und ein erster Drehpositionssensor (36z), der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des ersten Motors zu detektieren, und wobei der Messschritt umfasst: das Steuern des ersten Motors, um den Messfühler und die Referenzebene nahe zueinander zu bringen, und das Berechnen der Höhe der Referenzebene auf der Basis eines Detektionswertes, der von dem ersten Drehpositionssensor detektiert wird, wenn das Kontaktelement in Kontakt mit der Referenzebene tritt, und das Steuern des ersten Motors, um den Messfühler und die bearbeitete Oberfläche nahe zueinander zu bringen, und das Berechnen der Höhe der bearbeiteten Oberfläche auf der Basis eines Detektionswertes, der von dem ersten Drehpositionssensor detektiert wird, wenn das Kontaktelement in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche tritt, Informationen über die gegebene Breite und Informationen über die Spitzenform der Schneide.
Das In-Maschinen-Messverfahren nach Anspruch 9, wobei vorgesehen sind: ein zweiter Motor (34y), der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler in der zweiten Richtung zu bewegen, und ein zweiter Drehpositionssensor (36y), der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des zweiten Motors zu detektieren und wobei der Messschritt das Steuern des zweiten Motors, um den Messfühler in der zweiten Richtung zu bewegen, und das Berechnen der Höhe der bearbeiteten Oberfläche auf der Basis eines Detektionswerts von den Detektionswerten, die durch den zweiten Drehpositionssensor an mehreren Position detektiert werden, der eine Höhe an einer flachsten Position angibt, der Informationen über die gegebene Breite und den Informationen über die Spitzenform der Schneide, umfasst.
Das In-Maschinen-Messverfahren nach Anspruch 9, wobei vorgesehen sind: ein zweiter Motor, der dazu ausgestaltet ist, den Messfühler in der zweiten Richtung zu bewegen, und ein zweiter Drehpositionssensor, der dazu ausgestaltet ist, eine Drehposition des zweiten Motors zu detektieren, und wobei der Messschritt das Steuern des zweiten Motors, so dass der Messfühler in der zweiten Richtung bewegt wird, wobei das Kontaktelement des Messfühlers in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche steht, und das Berechnen der Höhe der bearbeiteten Oberfläche auf der Basis eines Detektionswerts von Detektionswerten, die durch den zweiten Drehpositionssensor detektiert werden, der eine Höhe an einer flachsten Position angibt, den Informationen über die gegebene Breite und den Informationen über die Spitzenform der Schneide umfasst.