JP4880545B2 - 測定器を使って工具を測定する方法、及び工具を測定するための測定器を有する測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定器を使って工作機械上の工具を測定する方法と、工具を測定するための測定器を有する測定装置とに関する。

上記導入・序文の部分において特定された方法及び測定装置が、背景技術として従来より種々の実施形態において既に知られている。
１つの実施形態では、工作機械のスピンドルに配置された工具を工具測定器に到達させて、工具測定器によって工具を測定できるような位置にて、工具測定器が工作機械の台に取り付けられている。

測定作業の前に、工具測定器は較正される。工具測定器を較正するために、既知の形状（geometry）を有する較正工具が使用される。較正工具は、工具測定器のセンサが工作機械のコントローラに信号を出力するまで、回転もしくは静止した状態でセンサに近づく。センサの信号は、工作機械のコントローラが軸の位置を記録あるいは格納するのに使用される。

測定される工具は、較正工具と同じ方法で工具測定器に向かって移動される。工具の軸に関する値あるいは測定値と、軸に関する較正値あるいは較正上の測定値との差から工具の形状を算出することができる。工具測定器から工作機械のコントローラに信号を送信することを可能にする種々の方法がある。例えば、ケーブルを使用して、信号の送信が行われる。ケーブルによって工作機械のコントローラに接続された受信機に、符号化された赤外線信号を送信することも知られている。符号化された赤外線信号の代わりに、符号化された無線信号を使用することも可能である。
ドイツ国実用新案第２９７２０５８４Ｕ１明細書 ドイツ国特許出願公開第１９８５１４１１Ａ１号

上述した手段には、一連の不都合がある。
まず、工具測定器は、工作機械における所定位置に配置されている。所定位置が台であれば、通常は適切であると思われるものの、工作物を固定する面が制限されてしまう。特に、工作台に搭載された工具測定器は、衝突する虞があり、いかなる衝突も損傷をもたらし得る。

さらに、工作台上の工具測定器は、工作物の加工によって、工作台上に放出される汚損物あるいは廃物によって汚れてしまう。
そこで、本発明は、従来における不都合を低減もしくは完全に回避できる測定方法及び測定装置を提供することを目的とする。

上記目的は、請求項１及び請求項１１の特徴によって達成される。本発明の有利で目的にかなった展開は、従属請求項において特定されている。
本発明は、まず、測定器を使って工作機械上の工具を測定する方法に基づいている。本発明における第１の本質的な局面では、少なくとも１回の測定を行うために、工作機械におけるスピンドルの移動によって、測定器をスピンドルマウントとは異なる工作機械上の測定位置に一時的に配置する。この作業の結果、最良の場合には、測定を行う必要があるときにだけ、測定器が、例えば工具台上に位置する。そして、残りの時間では、空間、具体的には、工作台上の空間を加工作業のために制限なく使用することができる。ここでの本質的な要因は、スピンドルの移動によって測定器が移動するので、機械的位置決めユニットをさらに追加する必要がないということである。

測定器は、測定が完了したのち、再度、工作機械上の測定位置から離脱されるのが好ましい。測定器を測定位置から離脱させることで、加工作業による汚れや損傷から測定器を確実に保護することができる。

しかしながら、測定が完了したのちに、測定器を必ずしも離脱させる必要があるということではない。特定の加工サイクル、例えば、新たな工作物がセットされる前に、測定器を離脱させれば、すでに利点がもたらされる。工作物に良好な加工作業が施される場合、例えば、表面が平滑化される場合、連続的に工具の測定を行えるように、測定器を良好な加工作業中に利用できるということが実際には有利となり得る。この方法のみにより、比較的非常に良好な加工面を生成できる。さらに、このような加工作業中、測定器がさらされる汚れは、粗い加工中（粗加工中）よりも少ない。

さらに、測定が完了したのち、測定器を測定位置から待機ステーションに移動させるのが好ましい。待機ステーションは、工具マガジン（例えば、従来からある、予め定めた工具マガジン）であってもよい。しかしながら、測定器は、例えば、測定器内のバッテリを充電するように構成された電源を有する接続ステーションに格納されてもよい。

本発明のさらに特に好ましい形態では、測定位置において共に位置決めを行うために、測定器を較正垂線部に搭載する。測定器の搭載は、例えば、スピンドルによって到達可能な工具マガジンから行うことができる。

測定位置に測定器を位置決めしたのち、較正垂線部は、測定器から離脱されることが好ましい。
これによって、測定を行う前に、測定位置にて測定器の較正を行うために、好ましくは工具スピンドルに残る較正垂線部を使用することができる。

さらに、較正垂線部は、較正が行われたのち、待機ステーション内へ移動するのが好ましい。較正垂線部が格納されたのち、工具スピンドルは、較正された測定器でその後測定され得る工具を搭載するのに使用され得る。例えば、工具の長さが測定される。

本発明のさらに好ましい実施形態では、測定器を離脱させる前に、測定器は、較正垂線部に接続される。そして、較正垂線部及び測定器の双方がともに、待機ステーションもしくは接続ステーションなどに移動され得る。

さらに、本発明は、工具を測定するための測定器を有する測定装置であって、実質的な局面は、測定作業のために、測定機器を工作機械のスピンドルの移動によって、スピンドルマウントとは異なる工作機械上の測定位置に配置できるように構成されていることである。これにより、既に存在している位置決めの可能性（あるいは位置決めの機能）を使用することで、測定器を測定位置に一時的にのみ配置できる。

測定器は、接触式の測定器として構成することができる。例えば、測定器は、測定プローブを備える。光学システムに基づく非接触式の測定器も考えられる。この目的のため、レーザーシステム、もしくは、ビデオチップもしくはＣＣＤチップにアクセスするシステムを使用することができる。

工作機械上に配置されたばかりの測定器の効果的な較正を行うことができるように、測定器に離脱可能に接続される較正垂線部を設けることも提案される。
測定器が工作機械上に配置されたのち、較正垂線部は、測定器から離脱されるのが好ましい。較正垂線部を測定器から離脱させるために、好ましくは機械式コントローラによって作動される離脱機構が測定器及び／もしくは較正垂線部に設けられていると有利である。

本発明のさらに好ましい実施形態では、工作機械上の位置決め処理のために、測定器の少なくとも一部が較正垂線部に配置される。測定器の少なくとも一部を較正垂線部に配置するために、少なくとも較正垂線部の一部が測定器を囲繞する中空円筒として、較正垂線部が構成されてもよい。

較正垂線部を測定器に再度接続できるような手段を設けることが好ましい。
測定器を工作機械に取り付けるためには、測定器がアダプタ装置を有しているとさらに効果的である。例えば、スナップ作用装置のためのボルトが設けられる。スナップ作用装置は、工具台に搭載され、ボルトによって測定器がスナップ作用装置内にはめ込まれ得る。しかしながら、対応する表面上、例えば工作機械の工作台上に測定器を取り付ける手段としては、簡素なマグネット凹部、もしくは単なる立設面も考えられる。つまり、測定器の自重は、さらなる固定手段を設けることなく、確実に測定を行うことができるのに既に十分となり得るからである。

測定器を待機位置に保持するために、具体的には、較正垂線部とともに測定器を待機位置に保持するためには、測定装置が、工具マガジン（例えば、従来からある、予め定めた工具マガジン）に収容されるように構成されていれば有利である。

測定器を待機位置に保持するために、測定装置は、工具スピンドルに対応するアダプタ装置を有しているべきである。アダプタ装置は、較正垂線部上に構成されていることが好ましい。測定装置は、工具マウント、具体的には、工具スピンドルのための円錐マウントを備えていることが好ましい。

測定を行うために、通常、バッテリを使用して作動するケーブルレス方式の測定器は、作動し続ける必要がない。この状況において、測定器が、較正垂線部から離脱されると作動するように構成されていると好ましい。測定器は、工作機械上の位置決め処理によって作動することも可能である。

測定器は、較正垂線部を検出することによってのみ作動することも考えられる。
測定器の作動及び／もしくは停止は、赤外線信号もしくは無線信号によって行うことも可能である。

尚、本発明においては、工具の幾何学的特徴を特定する値、例えば、工具の長さ、工具の位置、工具の直径などが測定されてもよい。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず、図１〜図６はそれぞれ、測定装置の一部である測定器の位置決め、較正作業、及び測定作業の瞬間的な状況を示す斜視図である。

具体的には、図１は、スピンドルマウント１ａを有する工作機械の工作台１を示している（工作台１以外は図示せず）。
工作台１は、測定器３のためのスナップ作用装置２を備えている（具体的には図１参照）。

測定器３は、円錐部５を有する測定装置４の一部である。円錐部５によって、あるいは、円錐部５を介して、測定装置４は、工作機械のスピンドルマウント１ａによって持ち上げられ、移動され得る。

図１は、スピンドルマウント１ａが、円錐部５を介して測定装置４を持ち上げ、測定装置４を工作機械の離脱要素及び位置決め要素によってスナップ作用装置２に向かって移動させる処理中である状態を図示している。移動が多少進んだ状態が図２に示されている。

図３では、ピン要素６によって、測定装置４がスナップ作用装置２にはめ込まれている。
そして、測定器３は、測定装置４の残りの部分から離脱され、測定器３は、スナップ作用装置２に留まる。ピン要素６は、測定器３上に対応して配置されている（図４参照）。

測定器３の離脱は、機械式コントローラが作動させる離脱機構によって実行され得る。
残りの測定装置４ａは、従来の測定装置４全体の場合と同様、工作機械のスピンドルによって移動可能な較正要素７を備えていることが好ましい。

本実施形態の場合、較正要素７は、較正ビード７ａを有する中空円筒として構成されている（図５参照）。
較正要素７の形状（geometry）、及び、工作機械１ａのための位置決め装置に対する較正要素７の位置は、知られていること、あるいは、既知であることが好ましい。

長手方向の較正は、スピンドルの回転軸に平行な方向に、測定器３のプローブ３ａを較正要素７で測定することで行われ得る（図５参照）。
較正要素がプローブ３ａの作動信号を発生すると、機械式コントローラは、直ちに軸方向における対応する座標値を記録する。このようにして記録された値と、較正要素の形状（geometry）及びスピンドルに対する較正要素の位置の認識（あるいは、較正要素の形状（geometry）及びスピンドルに対する較正要素の位置に関する既知の値）の使用とに基づいて、工具上の（あるいは、工具に関する）長手方向の位置が測定され得る。

実際上、較正要素７の較正ビード７ａが、スピンドルの回転軸に対して垂直方向にプローブ３ａに接近されるため、工具の半径をのちに決定するための対応する較正が実行され得る。工具の直径は、続く測定経路において、この方向に記録された座標値と較正要素の直径とに基づいて決定され得る。

本実施形態の利点は、特に、測定器３を適合させ得るよう、あるいは、測定器３を取り付けうるよう、あるいは、測定器３をはめ込ませるよう、較正要素７が中空円筒構造となっていることである。これにより、較正要素７が、測定器３を持ち上げ、測定器３を移動させることができる。その結果、較正要素と測定器とが互いに離脱されない場合には、非常にコンパクトな構成・構造がもたらされるだけでなく、測定器が較正要素内に確実に保持されることで測定器が保護される。

較正処理を正常に終了したのち、工作機械のスピンドル１ａに保持された所望の工具８が、例えば、長手方向の位置と、工具８の直径とについて測定され得る（図６参照）。
この測定処理のあと、工作物加工処理が開始される前に、測定器は、較正要素に持ち上げられ、待機ステーション、例えば、適応した接続ステーション（図示せず）に収容されることで、再度、離脱され得る。

測定された上記工具は、測定後の加工処理のために再度持ち上げられるように、工具マガジンに一時格納されるとよい。
しかしながら、工具の測定を繰り返し行えるように、特定の加工サイクルの間、測定器が、加工される工作物の領域に留まることも考えられる。

測定器は、のちの加工時あるいは作動時においてのみ、再度、工作物の領域から離脱される。
また、適切であれば、測定器は、複数の加工処理を通して、工作台１上に位置し続ける。

提案された手順により、較正は、基本的に、自動シーケンスで実行され得る。
さらに、工作機械上の取付面の形状も最適化され得る。さらに、測定器が、工具を測定するときにのみ工作台に配置され、その後に再度離脱されるため、測定器に対する汚れもしくは損傷の虞は最小限となり得る。

尚、本実施形態では、測定器３が本発明における測定器の一例であり、較正垂線部７（較正要素７）が発明における較正垂線部の一例である。
また、本実施形態では、測定装置４が本発明における測定装置の一例であり、ピン要素６が本発明におけるアダプタ装置の一例である。

スピンドルマウント１ａが、円錐部５を介して測定装置４を持ち上げ、測定装置４を工作機械の離脱要素及び位置決め要素（離脱・位置決め機能）によってスナップ作用装置２に向かって移動させる処理中である状態を示す斜視図である。 図１から移動が多少進んだ状態を示す斜視図である。 ピン要素６によって、測定装置４がスナップ作用装置２にはめ込まれている状態を示す斜視図である。 ピン要素６が測定器３上に対応して配置されている状態を示す斜視図である。 較正処理の様子を示す斜視図である。 工作機械のスピンドル１ａに工具８が保持された状態を示す斜視図である。

符号の説明

１…工作台、１ａ…スピンドルマウント、２…スナップ作用装置、３…測定器、３ａ…プローブ、４…測定装置、４ａ…測定器が外れた測定装置、５…円錐部、６…ピン要素、７…較正要素、７ａ…較正ビード、８…工具。

Claims (23)

1. 測定装置の一部である測定器を使って工作機械上の工具を測定する方法であって、
   少なくとも１回の測定を行うために、前記工作機械における、前記工具を保持するためのスピンドルに前記測定装置を取り付け、該スピンドルの移動によって前記測定装置を移動させた後、前記測定装置から前記測定器を離脱させることで、
   前記測定器をスピンドルマウントとは異なる前記工作機械上の測定位置に一時的に配置することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記少なくとも１回の測定が完了したのち、前記測定器を前記工作機械上の前記測定位置から離脱させる
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の方法であって、
   測定が完了したのち、前記測定器を前記測定位置から待機位置に移動させる
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記測定装置は、測定位置における位置決めを行うために、較正垂線部をさらに備えている
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、
   前記測定装置において、前記測定器と前記較正垂線部とは互いに接続及び離脱可能に構成されており、
   前記測定器を測定位置に配置したのち、前記測定器を前記較正垂線部から離脱させる
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、
   前記測定器を前記較正垂線部から離脱させたのち、前記測定器を較正する
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記測定器の較正を行ったのち、前記較正垂線部を待機位置に移動させる
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記測定器を前記測定位置から離脱させる前に、前記測定器を較正垂線部に接続する
   ことを特徴とする方法。
9. 工具を測定するための測定器を有する測定装置であって、
   前記測定装置は、工作機械における、前記工具を保持するためのスピンドルに取り付け可能に構成されており、前記測定装置は、前記スピンドルの移動によって移動するとともに、
   前記測定器は、前記測定装置から離脱可能に構成されており、
   前記測定器は、測定作業のために、前記スピンドルの移動によって、スピンドルマウントとは異なる前記工作機械上の測定位置に配置可能に構成されている
   ことを特徴とする測定装置。
10. 請求項９に記載の測定装置であって、
    前記測定器は、接触式測定器である
    ことを特徴とする測定装置。
11. 請求項９に記載の測定装置であって、
    前記測定器は、非接触式測定器である
    ことを特徴とする測定装置。
12. 請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の測定装置であって、
    前記測定器に離脱可能に接続される較正垂線部をさらに備える
    ことを特徴とする測定装置。
13. 請求項１２に記載の測定装置であって、
    前記測定器が工作機械上の前記測定位置に位置したのちに、前記測定器を前記較正垂線部から離脱させることができる
    ことを特徴とする測定装置。
14. 請求項１２または請求項１３に記載の測定装置であって、
    前記工作機械上の位置決め処理のために、前記測定器は、少なくとも一部が前記較正垂線部に配置される
    ことを特徴とする測定装置。
15. 請求項１４に記載の測定装置であって、
    前記較正垂線部は、中空円筒であり、該中空円筒の内部に前記測定部が収容される
    ことを特徴とする測定装置。
16. 請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の測定装置であって、
    前記測定器は、工作機械への取り付けのためにアダプタ装置を備える
    ことを特徴とする測定装置。
17. 請求項９乃至請求項１６のいずれか１項に記載の測定装置であって、
    前記測定器は、工作機械の工具台に該測定器を載置するための立設面を備えている
    ことを特徴とする測定装置。
18. 請求項９乃至請求項１７のいずれか１項に記載の測定装置であって、
    工具マウントを備え、
    当該測定装置は、前記工具マウントを介して、前記スピンドルマウントによって持ち上げられる
    ことを特徴とする測定装置。
19. 請求項１８に記載の測定装置であって、
    工具マガジンに収容されるように構成されている
    ことを特徴とする測定装置。
20. 請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載の測定装置であって、
    前記測定器は、前記較正垂線部から離脱されると作動するように構成されている
    ことを特徴とする測定装置。
21. 請求項９乃至請求項２０のいずれか１項に記載の測定装置であって、
    前記測定器は、前記工作機械上に位置決めされると作動するように構成されている
    ことを特徴とする測定装置。
22. 請求項１２乃至請求項１５いずれか１項に記載の測定装置であって、
    前記測定器は、前記較正垂線部を検出することによって作動状態となり得る
    ことを特徴とする測定装置。
23. 請求項９乃至請求項２２のいずれか１項に記載の測定装置であって、
    前記測定器は、赤外線信号もしくは無線信号によって作動及び停止の少なくとも何れかが可能である
    ことを特徴とする測定装置。

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