JP6424109B2

JP6424109B2 - 工具長測定装置

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Publication number: JP6424109B2
Application number: JP2015028938A
Authority: JP
Inventors: 健尾上; 明木村
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2035-02-17
Also published as: DE102016102653A1; JP2016150408A; US20160238366A1; US9863765B2

Description

本発明は、工具長測定装置に関する。

上記技術分野において、特許文献１には、バネにより測定面を上方向に付勢する技術が開示されている。

特開２００８−１８３６９９号公報

しかしながら、上記文献に記載の技術では、クーラントによる固着によって測定面が基準位置まで戻らなくなる事態を想定し、バネの弾性力が強く設定されていた。それが故、小径且つ長尺の工具を測定面に押し当てた場合、工具が折損するという問題が生じていた。

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る工具長測定装置は、
工具の先端が当接する測定面を、前記工具から受けた付勢力に応じて並進運動しつつ支持する支持手段と、
前記測定面の並進運動方向の位置を検出する検出手段と、
前記工具から受ける付勢力に抗する方向に気体により前記測定面を付勢する付勢手段と、
気体供給源から気体の供給を受ける第１供給路と、
前記測定面に気体を吹き付ける吹付手段と、
を備え、
前記付勢手段は、前記支持手段の前記測定面を付勢するように気体を供給する第２供給路を有し、
前記吹付手段は、気体の吹き出し口と、前記吹き出し口に気体を供給する第３供給路とを有し、
前記第２供給路と前記第３供給路とは、前記第１供給路から分岐している。

本発明によれば、工具の折損を防止する為、バネの弾性力を弱くしつつも、測定面を確実に基準位置まで戻すことができる。

本発明の第１実施形態に係る工具長測定装置の構成を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る工具長測定装置の構成を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る工具長測定装置の測定面部分の拡大断面図である。本発明の第２実施形態に係る工具長測定装置の構成を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る工具長測定装置の構成を示す断面図である。本発明の第４実施形態に係る工具長想定装置の構成を示す断面図である。本発明の第５実施形態に係る工具長想定装置の構成を示す断面図である。本発明の第６実施形態に係る工具長想定装置の構成を示す断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての工具長測定装置１００について、図１を用いて説明する。工具長測定装置１００は、工作機械の刃物長や刃物径、折損等を検知する装置である。

図１に示すように、工具長測定装置１００は、支持部１０１と検出部１０２と付勢部１０３とを備える。支持部１０１は、工具の先端が当接する測定面１１０を、工具から受けた付勢力に応じて並進運動しつつ支持する。検出部１０２は、測定面１１０の並進運動方向の位置を検出する。付勢部１０３は、工具から受ける付勢力に抗する方向に気体１２０により測定面１１０を付勢する。

本実施形態によれば、バネの弾性力を弱くしつつも、測定面を確実に基準位置まで戻すことができる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る工具長測定装置について、図２〜図４を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る工具長測定装置の構成を説明するための断面図である。

工具長測定装置２００は、支持部２０１と、位置検出センサ２０２と、気体供給器２０３と、供給路２０４、２０５、２０６と、吹付部２０７と、異物侵入防止用カバー２０８、２０９と、を備える。

測定面２１０の反対側には、スピンドルとしての支持部２０１が接続されている。支持部２０１は、取り外し可能に接続してもよい。工具の先端に取り付けられた刃物などが測定面２１０に接触して、測定面２１０が下方へ押し込まれると、測定面２１０の動きに同調して支持部２０１も下方へ押し込まれる。

測定面２１０の材質は、例えば、ドリルやエンドミル、ピニオンカッタなどの切削工具によって削られない材質となっており、例えば、タングステンカーバイドやチタンカーバイドなどの超硬合金がある。

支持部２０１は、測定面２１０に切削工具などの工具先端が接触することにより付勢力（圧力）が加えられることや、工具先端が測定面２１０から離れることにより加えられた圧力が除かれることに応じて上下方向に並進運動する。

すなわち、測定面２１０の上方から切削工具が接近し、切削工具の先端が測定面２１０に接触して、測定面２１０が下方に押し込まれると、支持部２０１は、測定面２１０が押し込まれた方向に抗する方向、すなわち、上方に測定面２１０を押し返す。

支持部２０１は、切削工具先端から測定面２１０に加えられた力に応じて、加えられた力に対向する方向に動くことができる部材であればよく、例えば、圧縮コイルバネなどの弾性部材や油圧式シリンダー、空気圧式シリンダーなどでもよい。また、バネの弾性力が強いバネだと、細い切削工具が折損してしまうので、僅かな力でも上下動できる程度の弾性力があればよい。

バネによる弾性力（復元力）が弱い場合、クーラントの固着によって切削工具により押し込まれた測定面２１０が元の位置に戻れない場合がある。これにより、正確な工具長の測定ができなくなる。また、切削工具は、使用しているうちに工具の先端が削られて寸法が変化するので、定期的に工具長を測定しておかなければ正確な加工ができない。しかしながら、バネの弾性力が弱いと、クーラントの固着によって測定面２１０が基準位置まで戻れなくなる場合があり、正確な工具長の測定ができなくなる虞がある。

そこで、空気２２０により、バネの復元力（弾性力）を補うことにより、弾性力の弱いバネを用いた場合においても、クーラントの固着に抗して測定面２１０を確実に基準位置まで復帰させることができるので、正確な工具長の測定が可能となる。また、弾性力の弱いバネを用いるので、例えば、先端が細長い工具であっても、工具先端の折損や湾曲、屈曲を防止することができる。

支持部２０１の周囲には、支持部２０１や位置検出センサ２０２、工具長測定装置２００の内部への異物侵入を防止するためのベローズ２３０が取り付けられている。ベローズ２３０を設けたことにより、支持部２０１や工具長測定装置２００の内部などに金属の切り粉や切削屑、水溶性クーラントが接触や浸食しない。工具長測定装置２００の内部などへの異物侵入を防止できるものであれば、ベローズ２３０には限定されない。ベローズ２３０は、支持部２０１の動きに応じて伸縮する。

なお、上述の説明では、支持部２０１が、上下方向に測定面２１０を支持する例で説明をしたが、支持部２０１が測定面２１０を支持する方向はこれに限定されず、並進運動できればいずれの方向であってもよい。例えば、支持する方向は、左右横方向や斜め方向であってもよい。

位置検出センサ２０２は、測定面２１０の位置、例えば、Ｚ軸方向の位置を検出する。位置検出センサ２０２と支持部２０１とは相互に接続されている。位置検出センサ２０２は、測定面２１０の位置を検出できるセンサであればいずれのセンサであってもよく、例えば、接触式センサや非接触式センサ、磁気式センサ、電気式センサ、光学式センサなどがあるが、これらには限定されない。

気体供給器２０３は、空気２２０などの気体を供給できる装置であり、供給路２０４に接続されており、供給路２０４に空気２２０を供給する。供給する気体は空気２２０には限定されず、例えば、酸素や窒素、二酸化炭素などがある。

気体供給器２０３から供給路２０４に供給された空気２２０は、分岐点２４１で供給路２０５、２０６に分かれ、それぞれの供給路２０５、２０６を流れる。気体供給器２０３が供給路２０４、２０５、２０６に供給する空気２２０の圧力や供給量は、測定面２１０を基準位置（原点位置）や所定の位置に戻すことができる圧力や供給量であれば特に限定されないが、工具の使用用途に応じてユーザが適宜設定してもよい。

さらに、空気圧とバネ圧との大小関係は、空気圧が大きくても、バネ圧が大きくても、両者が等しくてもよく、工具長を測定したい工具の性質に応じてユーザが適宜設定してもよい。また、空気圧を大きくして、バネ圧を極力小さくすることもできる。

空気２２０の供給タイミングは、測定面２１０が、基準位置よりも下がった場合に自動供給してもよい。また、測定面２１０が、最下点に達した場合に自動供給してもよい。さらに、工具長測定装置２００のユーザが手動で空気２２０を供給してもよいが、空気２２０の供給タイミングは、これらには限定されず、様々なタイミングで空気２２０を供給してもよい。

気体供給器２０３から供給された空気２２０は、供給路２０４を流れ、供給路２０４の分岐点２４１で、供給路２０５を流れる空気２２０と、供給路２０６を流れる空気２２０とに分かれる。分岐点２４１で２系統に分岐した空気２２０は、供給路２０５、２０６を流れる。

気体供給器２０３から供給され、供給路２０５を通過した空気２２０は、ベローズ２３０と異物侵入防止用カバー２０９との間にできた間隙２９１を上昇し、支持部２０１の弾性力とともに測定面２１０を上方向に押し上げる。

測定面２１０を押し上げた空気２２０は、進行方向を反転させて、異物侵入防止用カバー２０８と異物侵入防止用カバー２０９との間にできた間隙２８１を通過して工具長測定装置２００の外部へ排出される。

供給路２０５から送り込まれた空気２２０は、間隙２９１を上昇し、測定面２１０を押し上げる。測定面２１０を押し上げた空気２２０は、逃げ場が間隙２８１しかなく、この間隙２８１から外部へ排出されることとなる。

また、空気２２０が隙間２８１、２９１を通過する際に、間隙２８１、２９１に詰まっているクーラントや切り粉などの異物を除去する。これにより、ベローズ２３０が破れて、工具長測定装置２００の内部にクーラントや切り粉などの異物が侵入することがない。さらに、支持部２０１の上下動が阻害されることがない。

なお、ここでは異物侵入防止用カバー２０９とベローズ２３０との間にできた間隙２９１に空気２２０を供給する例で説明をしたが、ベローズ２３０の内側に空気２２０を供給して測定面２１０を押し上げてもよい。

この間隙２８１から外部へ排出される空気２２０により、工具長測定装置２００を取り付ける機械からの切り粉やクーラントなどの異物の侵入を防止できる。また、仮に間隙２８１から切り粉などの異物が侵入したとしても、間隙２８１から排出される空気２２０により取り除くことができる。

吹付部２０７は、吹き出し口２７１を備え、供給路２０６を通り、吹き出し口２７１から吹き出された空気２２０が測定面２１０の上に載った切り粉や切削屑、クーラントなどの異物を吹き飛ばして、除去する。

吹付部２０７からの空気２２０の吹き出しのタイミングは特に限定されないが、例えば、工具長を測定する際、所定の距離だけ工具が工具長測定装置２００に対して移動し、測定面２１０に接近した際に吹き出すようにしても良い。その場合、供給路２０６にも空気２２０が供給される為、測定面２１０の上に載った異物を吹き飛ばしつつも、測定面２１０を上方向に押し上げる事が出来る。また、吹付部２０７からの空気２２０の吹き出しは、工具長測定装置２００が稼働している間は吹き付け続けるようにしてもよいし、測定面２１０が基準位置に達したタイミングで吹き付けてもよい。なお、工具長を測定する際、所定時間だけ気体供給器２０３からの空気２２０の供給を継続する事で、測定面２１０を確実に基準位置に戻し、その状態において吹付部２０７から吹き付けを行う事が出来る為、測定面２１０上の異物を効率良く吹き飛ばす事が出来る。

さらに、吹き出し口２７１は１つに限定されず複数あってもよい。吹き出し口２７１の向いている方向も、測定面２１０に空気２２０を吹き付けることができれば任意の方向でよい。

図３は、工具長測定装置の測定面２１０付近を拡大した断面図である。同図（ａ）に示したように、クーラント３０１がべローズ２３０に固着や付着などすると、支持部２０１や測定面２１０の動きを阻害するので、バネなどの支持部２０１の弾性力だけでは測定面２１０を基準位置３０２まで到達させることが困難となる。そこで同図（ｂ）に示したように、気体供給器２０３から空気２２０を供給し、バネなどの支持部２０１の弾性力による押し上げ力を補う形で、測定面２１０を上方へ押し上げる。

図４は、位置検出センサ２０２による位置検出について説明する図である。空気２２０により測定面２１０を押し上げても、測定面２１０が基準位置まで到達しているか否かは不明である。そこで、位置検出用の位置検出センサ２０２からの信号を用いて測定面２１０の位置を検出し、確定する。

位置検出用の位置検出センサ２０２は、非接触式センサであることが望ましいがこれには限定されず、接触式センサであってもよい。また、位置検出センサ２０２は、磁気式センサ、光学式センサ、電気式センサなどであってもよい。

工具長測定装置２００は、１点の位置を検出できればよいので、例えば、金属同士の接触、非接触だけを検出すれば、１点の位置を検出することができる。例えば、接触しているときはオフとなり、離れて非接触となったらオンとなる。この場合には、金属に電流を流し続けて金属の接触、非接触を検知することになるので、金属の接触、非接触が繰り返され、アークが発生する。さらに、これを連続で行なうため金属接点が剥がれ、金属が酸化することでススなどが発生し、このススなどが金属の間に挟み込まれるので、繰り返しの位置検出精度が不安定となる。

したがって、本実施形態では位置検出センサ２０２として非接触式のセンサを用いている。非接触式センサとしては、磁束を検出する磁気式センサや、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などとガラススケールを用いる光学式センサであってもよい。

位置検出センサ２０２は、原点センサ４０１、オーバートラベルセンサ４０２および磁石４０３を含む。原点センサ４０１およびオーバートラベルセンサ４０２は、磁気抵抗素子センサ（ＭＲ（Magnetic Resistance）センサ）であるが、磁石４０３の通過を検知できるセンサであれば、これには限定されない。

測定面２１０の位置検出は、センサ１つでも可能であるが、本実施形態では測定面２１０のストロークオーバーを防ぐためにオーバートラベルセンサ４０２を設けている。したがって、本実施形態では、２つのセンサで測定面２１０の位置を検出する。

磁石４０３は、支持部２０１（測定面２１０）の動きと連動して、動くようになっている。磁石４０３の位置を、原点センサ４０１およびオーバートラベルセンサ４０２の信号に基づいて検出することにより、測定面２１０の位置を検出する。

磁石４０３が、原点センサ４０１およびオーバートラベルセンサ４０２を通過すると、センサ４０１、４０２の出力はサインカーブ（Ｓｉｎカーブ）を描く。例えば、原点センサ４０１とオーバートラベルセンサ４０２とのゼロクロスの位置をコンパレートすると図示したような矩形波となる。

この２つのセンサの信号を解析することにより測定面２１０の位置を測定することができる。すなわち、原点信号がＬｏｗでオーバートラベル信号（ＯＴ信号）がＬｏｗの場合は、磁石４０３が原点センサ４０１を通過する前であることが分かる。また、原点信号がＨｉｇｈでオーバートラベル信号がＬｏｗの場合は、磁石４０３が原点センサ４０１を通過したが、オーバートラベルセンサ４０２を通過する前であることが分かる。さらに、原点信号およびオーバートラベル信号がＨｉｇｈの時は、磁石４０３がオーバートラベルセンサ４０２を通過した後であることが分かる。また、例えば、ＬＥＤ等の報知部を設けて、それぞれの状況を表示して、ユーザに報知してもよい。

測定面２１０は、空気２２０の圧力により、頂点まで戻ることが望ましいが、少なくとも原点（基準点）を越えていればよい。この場合、原点センサ４０１およびオーバートラベルセンサ４０２の信号が、Ｌｏｗ、Ｌｏｗであることが確認できれば、測定面２１０が、原点位置を越えて正規位置（基準位置）に戻っていることが確認できる。

本実施形態によれば、弾性力の弱いバネを用いた場合に、クーラントの固着が発生したとしても、空気により測定面を元の位置に戻すことができる。また、バネの弾性力を弱くして、測定面の動きを柔らかくすることができるので、細い切削工具であっても折損などを防止することができ、また、刃先などが欠けたりすることがない。さらに、吹付部から気体を吹き出すので、測定面上の異物を除去できる。なお、測定面２１０が基準位置に戻っている事を確認した後、所定時間のみ吹付部２０７からの空気２２０の吹き付けを行う事で、確実に測定面２１０上に空気２２０を吹き付ける事が可能となり、効率良く、測定面２１０上の異物を吹き飛ばす事が出来る。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る工具長測定装置について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る工具長測定装置の構成を説明するための断面図である。本実施形態に係る工具長測定装置は、上記第２実施形態と比べると、気体の供給路に弁を有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

工具長測定装置５００は、弁５０１を備える。弁５０１は、供給路２０４を通過する空気２２０の供給先の供給路２０５、２０６を切り替えられるものであればよく、例えば、電磁弁や手動弁などでもよい。

測定面２１０が基準位置まで戻りきるまでは、弁５０１を切り替えることにより、測定面２１０側、つまり、供給路２０５に集中的に空気２２０を供給して、測定面２１０側に空気２２０による圧力を集中させる。そして、測定面２１０が基準位置まで達したタイミングで弁５０１を切り替えて吹付部２０７側、つまり、供給路２０６に空気２２０を供給すれば、測定面２１０の上に堆積した切り粉や切削屑、クーラントを除去することができる。

なお、弁５０１の切り替えのタイミングは上述したものには限定されず、工具長測定装置５００の使用用途に応じて適宜選択してもよい。弁５０１を適宜切り替えることにより、供給路２０５、２０６に供給する空気２２０の圧力や供給量、タイミングを制御できる。

本実施形態によれば、弁を設けたので、必要に応じて空気の供給路を切り替えることができる。また、空気２２０の圧力や供給量も制御できる。

［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係る工具長測定装置について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る工具長測定装置の構成を説明するための断面図である。本実施形態に係る工具長測定装置は、上記第２実施形態と比べると、気体の供給路が２系統である点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

工具長測定装置６００は、供給路６０１と供給路６０２とを備える。供給路６０１は、気体供給器２０３から供給された空気２２０を測定面２１０側へ送り込むための供給路である。また、供給路６０２は、気体供給器２０３から供給された空気２２０を吹付部２０７側へ送り込むための供給路である。

よって、本実施形態では、空気２２０の流路は、測定面２１０の押し上げ用の流路と、測定面２１０への吹き付け用の流路との２系統となっている。

本実施形態によれば、供給路を２系統設けたので、空気２２０の使用目的に応じて、空気２００の圧力や供給量、供給タイミングなどをより細かく制御できる。また、一方の供給路６０１（６０２）に空気２２０を供給することも可能であり、両方の供給路６０１、６０２に同時に空気２２０を供給することも可能である。さらに、それぞれの供給路６０１、６０２に供給する空気２２０の供給タイミングを変えて、工具長測定装置６００の様々な制御を行なうことができる。

［第５実施形態］
次に本発明の第５実施形態に係る工具長測定装置について、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に係る工具長測定装置の構成を説明するための断面図である。本実施形態に係る工具長測定装置は、上記第２実施形態と比べると、状態報知ランプを有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

工具長測定装置７００は、状態報知ランプ７０１を備える。状態報知ランプ７０１は、測定面２１０の位置がどの位置にあるかを、ランプの点灯や点滅などによりユーザに知らせるものである。例えば、測定面２１０が基準位置にある場合はランプを３つ点灯し、測定面２１０が中間位置（基準位置とオーバートラベル位置の間）にある場合はランプを２つ点灯し、測定面２１０がオーバートラベル位置を超えた場合にはランプを１つ点灯する。

また、この他に、ランプの色、点灯させるランプの組み合わせ、点滅させるランプの組み合わせなどにより、測定面２１０の位置や状態、または、工具長測定装置７００のステータスなどを報知してもよい。ユーザは、状態報知ランプ７０１を見ながら、手動で空気２２０を出すタイミングやどちらの供給路２０５、２０６に空気２２０を供給するかを選択することができる。

本実施形態によれば、ランプを設けたので、オペレータが手動で空気の供給先を調整することができ、また、オペレータが測定面の位置や工具長測定装置７００のステータスを知ることができる。

［第６実施形態］
次に本発明の第６実施形態に係る工具長測定装置について、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る工具長測定装置の構成を説明するための断面図である。本実施形態に係る工具長測定装置は、上記第２実施形態と比べると、空気のみで測定面を押し上げる点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

工具長測定装置８００は、支持部８０１を備える。支持部８０１は、測定面２１０を支持する部材であり、測定面２１０が下方へ押し込まれると、測定面２１０の動きに同調して支持部８０１を下方へ動くが、バネのような弾性力を有していない。したがって、測定面２１０は支持部８０１により上方へ押し上げられることはない。したがって、供給路２０５を通過する空気２２０が、測定面２１０を上方へ押し上げる。

本実施形態によれば、支持部としてバネを用いないので、工具長測定装置の部品の点数が減り、低コストかつ容易に製造できる。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

Claims

工具の先端が当接する測定面を、前記工具から受けた付勢力に応じて並進運動しつつ支持する支持手段と、
前記測定面の並進運動方向の位置を検出する検出手段と、
前記工具から受ける付勢力に抗する方向に気体により前記測定面を付勢する付勢手段と、
気体供給源から気体の供給を受ける第１供給路と、
前記測定面に気体を吹き付ける吹付手段と、
を備え、
前記付勢手段は、前記支持手段の前記測定面を付勢するように気体を供給する第２供給路を有し、
前記吹付手段は、気体の吹き出し口と、前記吹き出し口に気体を供給する第３供給路とを有し、
前記第２供給路と前記第３供給路とは、前記第１供給路から分岐している工具長測定装置。
前記支持手段は前記工具長測定装置内部への異物侵入を防止する為の第１異物侵入防止用カバーを更に有しており、
前記第１異物侵入防止用カバーの内部において、前記第１異物侵入防止用カバーと非接触でかつ、前記測定面の並進運動方向位置で一部が重なるように構成され、前記気体を前記第１異物侵入防止用カバーの内面に供給する為の供給路を形成する第２異物侵入防止用カバーを更に備え、
前記第１異物侵入防止用カバーの内面に供給された気体を、前記第１異物侵入防止用カバーと前記第２異物侵入防止用カバーとの間隙から前記第１異物侵入防止用カバーの外側に向けて吹き出す、請求項１に記載の工具長測定装置。
前記気体供給源を制御する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記工具が前記測定面に接していない時において、前記検出手段によって、前記測定面の位置が測定位置より内側に位置している事を検出した場合に、前記気体供給源から第１供給路に対して気体を供給する、請求項１に記載の工具長測定装置。
前記第２供給路と前記第３供給路とが分岐する位置に弁を備えた請求項１または３に記載の工具長測定装置。
前記弁を制御する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記工具が前記測定面に接していない時において、前記検出手段によって、前記測定面の位置が測定位置より内側に位置している事を検出した場合に、前記弁を作動させ、前記第２供給路のみに空気を供給する、請求項４に記載の工具長測定装置。