JP2001150304A - 工具長計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、工作機械に取り付けられた工具の
工具長を高速にかつ高精度に計測することができる工具
長計測装置を提供するものである。 【解決手段】 工具４の長さを計測する工具長計測装置
において、前記工具４を取り付ける工具取り付け軸１
と、前記工具取り付け軸１を取り付け軸原点から移動さ
せるモータ６と、前記工具４が第１位置から第２位置ま
で移動したときに停止信号を前記モータ６に出力すると
共に、前記工具４が第１位置から停止するまでの距離を
測定するリニアスケール３と、前記工具取り付け軸が取
り付け軸原点から停止するまでの距離を測定するエンコ
ーダ５と、リニアスケール３の出力、エンコーダ５の出
力、リニアスケール３の全長および取り付け軸原点から
基準面までの距離に基づいて工具長を算出するＮＣ装置
とを具備することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械に使用さ
れる工具の長さを測定する工具長計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加工工具を使用したＮＣ制御工作
機械、例えばＮＣ旋盤、マシニングセンタ等では、加工
物を高精度に加工を行うために、工具の工具長を正確に
計測する必要がある。

【０００３】特に、工具計測に高精度が要求される場
合、工作機械上で計測する方法が行われる。

【０００４】従来の工具計測技術を図９に従って説明す
る。図９において、ワークテーブル等の基準面１１１上
にタッチセンサ１０６を有したゲージブロック１１４を
置き、主軸１１３を速い速度でゲージブロック１１４の
タッチセンサ１０６の感知点Ｑまで移動させた後、ごく
遅い速度で後退させてタッチセンサ１０６がオフになる
点Ｐを測定し、予めセットしてあるゲージブロック１１
４の高さ補正データＬ１１と、その時のゲージラインの
記憶される位置Ｌ１２とにより工具長Ｌを求める（特開
昭６３−２８５４２号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＮＣ装
置に対して軸の停止信号を入力した後、軸が完全に停止
するまでには、時間的なずれが生じる。その為、センサ
をオン／オフさせて軸を停止させる方法では、時間的な
ずれの間に軸が移動する為に、厳密に工具長を計測する
事が不可能である。特開昭６３−２８５４２号公報に開
示された技術の場合も、低速で主軸１１３を後退させ、
タッチテセンサ１０６がオフになるＰ点を計測しようと
しても、タッチテセンサ１０６がオフになった信号によ
り主軸１１３を停止させれば、信号が変化した時から主
軸１１３が停止する時までの時間分の軸移動量のずれが
生じてしまう。

【０００６】仮に、主軸１１３の送りを２ｍ／分とし、
信号出力から主軸１１３の停止時間を１ｍｓとした場
合、信号出力から停止まで実に３３μｍ移動することに
なってしまう。しかもこの移動量は、軸移動速度、工具
及びホルダの質量、加工機周囲温度等の諸条件により異
なり、正確に一定の値を示す値ではない。

【０００７】また、これの対応策として、計測を行うた
めの軸移動を低速にするか、数回計測を行う事により、
ずれ量を最小にする試みが用いられているが、ずれ量を
少なくする事はできても完全に無くす事は不可能であ
り、また、速度を遅くする分時間が余計にかかる不具合
を生じさせていた。

【０００８】仮に、軸移動量を２ｍ／分として軸を移動
させた場合、１０ｍｍの距離を動作させるのに２０秒も
の時間がかかることになる。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、工作機械に取り付けられた工具の工具長を高速
にかつ高精度に計測することができる工具長計測装置を
提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の工
具長計測装置は、工具の長さを計測する工具長計測装置
において、前記工具を取り付ける工具取り付け軸と、前
記工具取り付け軸を取り付け軸原点から移動させる移動
手段と、前記工具が第１位置から第２位置まで移動した
ときに停止信号を前記移動手段に出力すると共に、前記
工具が第１位置から停止するまでの距離を測定する第１
測定手段と、前記工具取り付け軸が取り付け軸原点から
停止するまでの距離を測定する第２測定手段と、第１測
定手段の出力、前記第２出力段の出力、第２測定手段の
全長および取り付け軸原点から第２測定手段の基準面ま
での距離に基づいて工具長を算出する算出手段とを具備
することを特徴とするものである。

【００１１】この発明によれば、工具を工具取り付け軸
に取り付た状態で、前記工具が第１位置から第２位置ま
で移動したときに移動手段を停止させ、工具取り付け軸
の移動を停止させ、前記工具が第１位置から停止するま
での距離と、前記工具取り付け軸が取り付け軸原点から
停止するまでの距離と、第２測定手段の全長と、取り付
け軸原点から第２測定手段の基準面までの距離とを基に
して、工具長を算出するものであるから、前記工具の工
具長を高速にかつ高精度に算出することができる。

【００１２】請求項２記載の発明の工具長計測装置は、
請求項１記載の工具長計測装置における前記第１測定手
段は、接触式変位センサであることを特徴とするもので
ある。

【００１３】この発明によれば、接触式変位センサを使
用した構成で、請求項１記載の工具長計測装置と同様な
作用を発揮させることができる。

【００１４】請求項３記載の発明の工具長計測装置は、
請求項１記載の工具長計測装置における前記第１測定手
段は、非接触式変位センサであることを特徴とするもの
である。

【００１５】この発明によれば、請求項１記載の工具長
計測装置と同様な作用に加え、接触によるセンサ自体の
破損、工具の破損が発生しない工具長計測装置を提供で
きる。

【００１６】請求項４記載の発明の工具長計測装置は、
請求項１記載の工具長計測装置における前記第１測定手
段は、光学式リニアエンコーダであることを特徴とする
ものである。

【００１７】この発明によれば、請求項１記載の工具長
計測装置と同様な作用に加え、より高速に工具取り付け
軸の軸移動を行って工具長を算出できる工具長計測装置
を提供できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態の工具
長計測装置の実施の形態をを図面を参照して説明する。

【００１９】（実施の形態１）（構成）図１は本発明の
実施の形態１の工具長計測装置を示す概略正面図であ
る。図２は本発明の実施の形態１の工具長計測装置、Ｎ
Ｃ装置のブロック図である。

【００２０】工作機械の工具取り付け軸１の端面に工具
４が取り付けられている。また基準面２上に第１測定手
段であるリニアスケール３が取り付けられており、工具
取り付け軸１に取り付けられた工具４との接触後、工具
取り付け軸１の移動量を計測することができるようにな
っている。

【００２１】基準面２と工具取り付け軸１の取り付け原
点（以下「原点」という）との距離Ｌ０は予め計測され
ており、また、リニアスケール３の計測端面から基準面
２までの距離Ｌｇも予め計測されている。

【００２２】リニアスケール３は電圧により計測結果の
出力を行う。出力はＡ／Ｄ変換器８に入力される。

【００２３】Ａ／Ｄ変換器８は、予めスキップ信号を出
力するための変位量Ｌ２が設定されており、リニアスケ
ール３の変位量がＬ２を越えるとスキップ信号をＮＣ装
置７に出力するようになっている。

【００２４】ここで、スキップ信号とは、ＮＣ装置７が
移動軸に対しスキップ移動を指令し、モータ６をスキッ
プ移動させている最中に本信号を入力すると、ＮＣ装置
７は軸移動動作を直ちに停止させる信号である。

【００２５】更に、Ａ／Ｄ変換器８は、リニアスケール
３の出力信号を、ディジタル信号に変換し、変換した信
号（変位量出力）をＮＣ（数値制御）装置７に送るよう
になっている。

【００２６】ＮＣ装置７は、移動手段としてのモータ６
を介し、工具取り付け軸１を移動させることができ、更
に、上述したスキップ移動を工具取り付け軸１に対して
指令することができ、Ａ／Ｄ変換器８から入力されたス
キップ信号により工具取り付け軸１を停止させることが
できる。

【００２７】更に、ＮＣ装置７は、モータ６に取り付け
られた第２測定手段であるエンコーダ５により、工具取
り付け軸１の移動量を算出することができるようになっ
ている。また、Ａ／Ｄ変換器８の変位量出力を入力し、
リニアスケール３の変位量を算出算出手段を有してい
る。即ち、ＮＣ装置７は、内部にデータの算出機能及び
算出データをパラメータとして記憶する機能を有してい
る。

【００２８】尚、前記エンコーダ５は、工具取り付け軸
１に取り付けたリニアスケールでも良い。

【００２９】（作用）本実施の形態１の佐用を図３に示
す動作フローチャートによって説明する。

【００３０】工具取り付け軸１に工具４を取り付け、ス
キップ移動により、リニアスケール３に向かう方向すな
わち基準面２に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に工具取り
付け軸１を移動させる（ステップＳ１）。

【００３１】リニアスケール３は、工具４との接触（図
１に示す第１位置）後、変位量を出力する。Ａ／Ｄ変換
器８は変位量がＬ２（図１に示すＳ点：第２位置）の段
階でＡ／Ｄ変換器８を介してＮＣ装置７に対してスキッ
プ信号を出力する（ステップＳ２）。

【００３２】ＮＣ装置７は、スキップ信号の入力によっ
て工具取り付け軸１の軸移動動作を直ちに停止させる
（ステップＳ３）。

【００３３】工具４がリニアスケール３に接触してから
工具取り付け軸１が停止するまでのリニアスケール３の
計測値（移動量）がＬ１（図１に示すＭ点）となる。

【００３４】また、ＮＣ装置７は、エンコーダ５から工
具取り付け軸１の軸移動量Ｌｍを入力すると共に、Ａ／
Ｄ変換器８からの変位量出力である計測値Ｌ１を入力
（読み取り）する。

【００３５】ここで、工具長Ｌ、工具取り付け軸１の原
点から基準面２までの距離Ｌ０、工具取り付け軸１の原
点から停止位置までの移動距離(軸移動量)Ｌｍ、基準面
２からリニアスケール３の計測端面までの距離（リニア
スケール３の全長）Ｌｇ、工具４がリニアスケール３に
接触してから工具取り付け軸１が停止するまでのリニア
スケール３の計測値Ｌ１で各々定義すると、工具長Ｌ
は、ＮＣ装置７により下記数１で算出することができる
（ステップＳ４）。

【００３６】

【数１】

【００３７】ＮＣ装置７は、算出した工具長Ｌを図示し
ていないが工具補正量記憶部に記憶工具長補正設定を行
う（ステップＳ５）。

【００３８】（効果）本実施の形態１の工具長計測装置
によれば、工具４を工具取り付け軸１に取り付た状態
で、工具4の工具長Lを高速にかつ高精度に計測すること
が可能となり、工作機械の加工していない時間を短縮す
ることができる。

【００３９】（実施の形態２） （構成）次に実施の形態２について図４及図５を参照し
て説明する。図４は本実施の形態２の工具長計測装置を
示す概略正面図である。図５は工具長計測装置のブロッ
ク図である。本実施の形態２は、工作機械として、マシ
ニングセンタ（Ｍ／Ｃ）を使用する。しかしＮＣ旋盤で
あっても研削盤であっても、ＮＣ制御された移動軸を持
ち加工工具により加工を行う工作機械ならば、どの様な
工作機械でも良い。

【００４０】マシニングセンタの工具取り付け軸（主
軸）２０に、工具２３が取り付けられている。基準面と
するテーブル２１の上面には接触式変位センサ２４が取
り付けられており、マシニングセンタのＺ軸負方向に移
動し、工具２３との接触後、ＮＣ装置２６は工具取り付
け軸２０の移動量を計算する。

【００４１】テーブル２１の上面と工具取り付け軸２０
の原点との距離Ｌ０は予め計測されており、また、接触
式変位センサ２４の計測端面からテーブル２１の上面ま
での距離Ｌｇも予め計測されている。

【００４２】接触式変位センサ２４は、電圧により計測
結果の出力を行う。その出力はＡ／Ｄ変換器２５に入力
される。Ａ／Ｄ変換器２５は、予めスキップ信号を出力
するための変位量Ｌ２が設定されており、接触式変位セ
ンサ２４の変位量がＬ２を越えるとスキップ信号を出力
する。

【００４３】更に、Ａ／Ｄ変換器２５は接触式変位セン
サ２４の出力信号をディジタル信号に変換し、出力を行
う。

【００４４】ＮＣ装置２６は、モータ２７を介し、工具
取り付け軸２０を移動させること、更にスキップ移動を
工具取り付け軸２０に対して指令することができるこ
と、入力されたスキップ信号により工具取り付け軸２０
を停止させることは実施の形態１の場合と同様である。

【００４５】更に、ＮＣ装置２６は、モータ２７に取り
付けられたエンコーダ２８により、工具取り付け軸１の
移動量を算出することができ、また、Ａ／Ｄ変換器２５
の変位量出力を入力することができ、変位量を算出する
ことができることも実施の形態１の場合と同様である。
即ち、ＮＣ装置７は、内部にデータの算出機能及び算出
データをパラメータとして記憶する機能を有しているこ
とも実施の形態１の場合と同様である。

【００４６】（作用）本実施の形態２の作用を図６の動
作フローチャートを参照して説明する。

【００４７】工具２３を工具取り付け軸２０に取り付
け、スキップ移動により、接触式変位センサ２４に向け
てＺ軸負方向に垂直に工具取り付け軸２０を移動させる
（ステップＳ１１）。

【００４８】２０に対し接触式変位センサ２４は、工具
２３との接触（Ｓ点）後、変位量を出力する。Ａ／Ｄ変
換器８は変位量がＬ２（センサ２４がＳ点に到着）の段
階でＡ／Ｄ変換器８を介してＮＣ装置７に対してスキッ
プ信号を出力する（ステップＳ１２）。

【００４９】ＮＣ装置７は、スキップ信号の入力によっ
てモータ２７を停止し、工具取り付け軸２０の軸移動動
作を直ちに停止させる（ステップＳ１３）。

【００５０】工具２３が接触式変位センサ２４に接触し
てから工具取り付け軸２０が停止するまでの接触式変位
センサ２４の計測値（移動量）がＬ１となる。

【００５１】また、ＮＣ装置７は、モータ２７に取り付
けたエンコーダ２８から工具取り付け軸２０の軸移動量
Ｌｍを入力すると共に、Ａ／Ｄ変換器２５からの変位量
出力である計測値Ｌ１を入力（読み取り）する。

【００５２】この場合の工具長Ｌは、実施の形態１で述
べた数１により算出することができる（ステップＳ１
４）。

【００５３】ＮＣ装置２６は、算出した工具長Ｌを図示
していないが工具補正量記憶部に記憶工具長補正設定を
行う（ステップＳ１５）

【００５４】（効果）本実施の形態２の場合、接触式変
位センサ２４を用いて工具２３の工具長Ｌを数μｍ単位
まで正確に計測することができる。また、スキップ信号
出力後に軸が移動しても接触式変位センサ２４により正
確に計測が可能なため、高速にセンサに当てつけること
ができる。

【００５５】以上により本実施の形態２によれば、工具
取り付け軸２０の軸移動を高速に行って高精度に工具２
３の工具長Ｌを計測することが可能である。

【００５６】（実施の形態３）本実施の形態３の構成と
実施の形態２の構成との違いは、図７に示すように、接
触式変位センサ２４に換えて非接触式エリアセンサ３６
を使用し、工具取り付け軸２０の移動量を検出する点で
ある。本実施の形態３によれば、実施の形態２の効果に
加え、非接触式エリアセンサを使用するため、接触によ
るセンサの破損、工具２３の破損が発生しない利点があ
る。

【００５７】（実施の形態４）本実施の形態４の構成と
実施の形態２の構成との違いは、図８に示す様に接触式
変位センサ２４に換えて光学式リニアエンコーダ３７を
用い、さらにＡ／Ｄ変換器２５を省いている点である。

【００５８】本実施の形態４によれば、実施の形態２の
効果に加え、Ａ／Ｄ変換器２５を省略しているので、よ
り高速に工具取り付け軸２０の軸移動を行って工具長Ｌ
を算出できる。

【００５９】以上説明した本発明によれば、以下の構成
を付記できる。

【００６０】（付記１）加工工具を使用する工作機械の
工具長計測装置において、信号が入力された位置にて工
具を保持した軸の軸移動を停止する機能と、外部からの
数値データを取り込む機能と、算出を行った工具長を補
正値として設定できる機能とを持つＮＣ装置と、工具を
保持した軸の停止した位置を検出し、変位量を出力する
機能を持つリニアスケールと、リニアスケールから出力
される信号をディジタル信号に変換する機能と設定され
た変位量を越えると信号をＮＣ装置に出力する機能とを
持つＡ／Ｄ変換器とにより構成されたことを特徴とする
工具長計測装置。

【００６１】この構成によれば、リニアスケールを用い
て工作機械に取り付けられた工具を高速にかつ高精度に
計測することができる。このことにより、工作機械の加
工していない時間を短縮することができるとともに、工
作物を高精度に加工することが可能となる。

【００６２】（付記２）付記１において、リニアスケー
ルに換え、接触式変位センサを用いることを特徴とする
工具長計測装置。この構成により工具の工具長を数μｍ
単位まで正確に計測することができる。

【００６３】（付記３）付記１において、リニアスケー
ルに換え、非接触変位センサを用いることを特徴とする
工具長計測装置。この構成によれば接触によるセンサ自
体の破損、工具の破損が発生しない利点がある。

【００６４】（付記４）付記１において、リニアスケー
ルに換え、光学式リニアエンコーダを用い、Ａ／Ｄ変換
器を省略した構成としたことを特徴とする工具長計測装
置。この構成によれば、より高速に工具取り付け軸の軸
移動を行って工具長を算出できる利点がある。

【００６５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、工作機械
に取り付けられた工具の工具長を高速にかつ高精度に計
測することが可能となり、工作機械の加工していない時
間を短縮することができる工具長計測装置を提供でき
る。

【００６６】請求項２記載の発明によれば、接触式変位
センサを使用した構成で、請求項１記載の発明と同様な
効果を発揮させることができる工具長計測装置を提供で
きる。

【００６７】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様な効果に加え、接触によるセンサ自体の
破損、工具の破損が発生しない工具長計測装置を提供で
きる。

【００６８】請求項４記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様な効果に加え、より高速に工具取り付け
軸の軸移動を行って工具長を算出できる工具長計測装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の工具長計測装置の計測
状態を示す概略正面図である。

【図２】本発明の実施１の工具長計測装置の構成を示す
ブロック図である。

【図３】本発明の実施１の工具長計測装置の工具長計測
処理を示すフローチャートである。

【図４】本発明の実施２の工具長計測装置の計測状態を
示す概略正面図である。

【図５】本発明の実施２の工具長計測装置の構成を示す
ブロック図である。

【図６】本発明の実施２の工具長計測装置の工具長計測
処理を示すフローチャートである。

【図７】本発明の実施３の工具長計測装置の工具取り付
け軸及び非接触式エリアセンサを示す斜視図である。

【図８】本発明の実施４の工具長計測装置の構成を示す
ブロック図である。

【図９】従来の工作機械における工具長計測方法を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 工具取り付け軸 ２ 基準面 ３ リニアスケール ５ エンコーダ ６ モータ ７ ＮＣ装置 ８ Ａ／Ｄ変換器 ２０ 工具取り付け軸 ２１ テーブル ２３ 工具 ２４ 接触式変位センサ ２５ Ａ／Ｄ変換器変換器 ２６ ＮＣ装置 ２７ モータ ２８ エンコーダ ３６ 非接触式エリアセンサ ３７ 光学式リニアエンコーダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具の長さを計測する工具長計測装置に
   おいて、 前記工具を取り付ける工具取り付け軸と、 前記工具取り付け軸を取り付け軸原点から移動させる移
   動手段と、 前記工具が第１位置から第２位置まで移動したときに停
   止信号を前記移動手段に出力すると共に、前記工具が第
   １位置から停止するまでの距離を測定する第１測定手段
   と、 前記工具取り付け軸が取り付け軸原点から停止するまで
   の距離を測定する第２測定手段と、 第１測定手段の出力、前記第２出力段の出力、第２測定
   手段の全長および取り付け軸原点から第２測定手段の基
   準面までの距離に基づいて工具長を算出する算出手段
   と、 を具備することを特徴とする工具長計測装置。
2. 【請求項２】 前記第１測定手段は、接触式変位センサ
   であることを特徴とする請求項１記載の工具長計測装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１測定手段は、非接触式変位セン
   サであることを特徴とする請求項１記載の工具長計測装
   置。
4. 【請求項４】 前記第１測定手段は、光学式リニアエン
   コーダであることを特徴とする請求項１記載の工具長計
   測装置。