JP7075806B2

JP7075806B2 - ツールプリセッタにおけるツール形状の測定装置及び測定方法

Info

Publication number: JP7075806B2
Application number: JP2018080055A
Authority: JP
Inventors: 裕之名渕; 和行武村
Original assignee: 共立精機株式会社
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2022-05-26
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: JP2019188482A

Description

特許法第３０条第２項適用メカトロテックジャパン２０１７、平成２９年１０月１８日～２１日

本発明は、ツールプリセッタにおけるツール形状の測定装置及び測定方法に関し、更に詳しくは、ツールのＹ軸方向のオフセット量が大きい場合であっても、そのオフセット量を測定することを可能にしたツールプリセッタにおけるツール形状の測定装置及び測定方法に関する。

従来、工作機械用のツールの刃先の形状や寸法を予め調整する際に用いられるツールプリセッタにおいて、ツールの刃先の形状や寸法を測定するために、水平方向に移動可能なコラムに対して水平投影装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。このようなツールプリセッタでは、水平投影装置の視野内にツールの測定点が収まるように、コラムの移動方向であるＸ軸方向やＸ軸方向に垂直なＺ軸方向に水平投影装置を移動させ、ツールの刃先の形状や寸法の自動測定を行うように構成されている。

また、工作機械用のツールの中には、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して直交するＹ軸方向にずれたオフセット量が大きいツールがある。このようなツールの刃先の形状や寸法の自動測定を行う場合、工作機械内に設置されたツールプリセッタを利用して測定することも可能であるが、測定環境としては好ましくないため故障の原因となり易く、工作機械の稼働を停止させなければならないため生産性の観点で不利である。また、工作機械内のツールプリセッタを利用しない場合には、Ｙ軸方向の移動を可能にする駆動装置を従来のツールプリセッタに対して付加する必要があるため、コストの観点で不利である。

特開２０１６－０８３７２３号公報

本発明の目的は、ツールのＹ軸方向のオフセット量が大きい場合であっても、そのオフセット量を測定することを可能にしたツールプリセッタにおけるツール形状の測定装置及び測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のツールプリセッタにおけるツール形状の測定装置は、旋削工具であるツールを着脱可能に保持する一方で回転可能に構成されたスピンドルと、該スピンドルの回転軸に対して垂直となるＸ軸方向に沿って進退可能に構成されたコラムと、該コラム上で前記スピンドルの回転軸に対して平行となるＺ軸方向に沿って昇降可能に構成されたガイド部材と、該ガイド部材に搭載されていて前記ツールの刃先を前記Ｚ軸方向の真上から撮影するカメラと、予め設定された基準回転位置からの前記スピンドルの回転角度、及び、前記カメラの画像から得られる前記ツールの刃先の座標に基づいて、前記基準回転位置において前記ツールの刃先が前記スピンドルの回転軸から前記Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向に対して直交するＹ軸方向にずれたオフセット量を算出する演算手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明のツールプリセッタにおけるツール形状の測定方法は、旋削工具であるツールを着脱可能に保持する一方で回転可能に構成されたスピンドルと、該スピンドルの回転軸に対して垂直となるＸ軸方向に沿って進退可能に構成されたコラムと、該コラム上で前記スピンドルの回転軸に対して平行となるＺ軸方向に沿って昇降可能に構成されたガイド部材と、該ガイド部材に搭載されていて前記ツールの刃先を前記Ｚ軸方向の真上から撮影するカメラと、予め設定された基準回転位置からの前記スピンドルの回転角度、及び、前記カメラの画像から得られる前記ツールの刃先の座標に基づいて、前記基準回転位置において前記ツールの刃先が前記スピンドルの回転軸から前記Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向に対して直交するＹ軸方向にずれたオフセット量を算出する演算手段とを備えた測定装置を使用し、前記基準回転位置において前記ツールの刃先が前記カメラの視野から外れる場合、前記ツールの刃先が前記カメラの視野内に入るように前記スピンドルを回転させ、その状態で前記カメラの画像に基づいて前記ツールの刃先の座標を取得し、前記スピンドルの回転角度及び前記ツールの刃先の座標に基づいて前記基準回転位置における前記ツールの刃先のオフセット量を算出することを特徴とするものである。

本発明では、旋削工具であるツールを着脱可能に保持する一方で回転可能に構成されたスピンドルと、このスピンドルの回転軸に対して垂直となるＸ軸方向に沿って進退可能に構成されたコラムと、このコラム上でスピンドルの回転軸に対して平行となるＺ軸方向に沿って昇降可能に構成されたガイド部材と、このガイド部材に搭載されていてツールの刃先をＺ軸方向の真上から撮影するカメラと、予め設定された基準回転位置からのスピンドルの回転角度、及び、カメラの画像から得られるツールの刃先の座標に基づいて、基準回転位置においてツールの刃先がスピンドルの回転軸からＸ軸方向及びＺ軸方向に対して直交するＹ軸方向にずれたオフセット量を算出する演算手段とを備えているので、ツールのＹ軸方向のオフセット量が大きい場合であっても、ツールプリセッタにＹ軸方向の移動を可能にする別の駆動装置を付加せずに、そのＹ軸方向のオフセット量を測定することができる。これにより、工作機械の外部で（ツールプリセッタ内で）高精度な測定を行うことができると共に、工作機械を停止せずに済むため生産性の向上を図ることができる。更には、ツールプリセッタにＹ軸方向の移動を可能にする装置を付加する必要がないので、コストや精度、耐久性の観点から有利である。

本発明の実施形態からなるツール形状の測定装置を備えたツールプリセッタを示す斜視図である。本発明の実施形態からなるツール形状の測定装置を備えたツールプリセッタを示す正面図である。本発明の実施形態からなるツール形状の測定装置を備えたツールプリセッタを示す側面図である。本発明のツール形状の測定装置におけるスピンドルの周辺を拡大して示す平面図であり、ツールの刃先をＺ軸方向の真上からカメラで撮影した際にスピンドルの基準回転位置においてカメラの視野内にツールＴの刃先が収まる状態を示すものである。（ａ），（ｂ）は本発明のツール形状の測定装置におけるスピンドルの周辺を拡大して示す平面図であり、ツールの刃先をＺ軸方向の真上からカメラで撮影した際に、（ａ）はスピンドルの基準回転位置においてカメラの視野からツールＴの刃先が外れた状態を示し、（ｂ）はスピンドルを基準回転位置から回転してカメラの視野内にツールＴの刃先を収めた状態を示すものである。スピンドルの基準回転位置からの回転前後の状態におけるツールの刃先の位置をＸＹ座標に投影して示す説明図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１～図３は本発明の実施形態からなるツール形状の測定装置を備えたツールプリセッタを示すものである。なお、図１～図３において、スピンドルの回転軸に対して垂直となる方向をＸ軸方向とし、スピンドルの回転軸に対して平行となる方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して直交する方向をＹ軸方向とする。

本実施形態のツールプリセッタは、ツール形状を測定する機能を有し、ドリルやエンドミル、サイドカッタ等の標準的な切削ツールを含め、刃先の先端部が階段状に形成された段付刃物や被加工物に対して内径旋削するボーリングバー、先端が球状に形成されたボールエンドミル、多数刃を有するフライスカッタ等の特殊な切削ツールについてもその刃先の形状や寸法を測定することが可能である。

図１～図３に示すように、機台１上には、工作機械において使用するツールＴを着脱可能に保持すると共に、回転可能に構成されたスピンドル３と、このスピンドル３に対してＸ軸方向に沿って進退可能に構成されたコラム４とが設置されている。ツールＴは、スピンドル３に対して直接装着されていても良いが、図２に示すようにテーパーアダプタ２を介してスピンドル３に装着されていても良い。テーパーアダプタ２を使用することで、多種のツールＴのシャンクサイズに素早く対応することができるため有利である。

コラム４には、ガイド部材５がＺ軸方向に沿って昇降可能に設置され、このガイド部材５には、水平方向に延びる一対の支持部材６，７が配設されている。支持部材６には、ツールＴを前方から撮影するためのカメラ８（第一カメラ）が搭載されている。このカメラ８は、ツールＴをＹ軸方向に向かって撮影し、ツールＴの高さや外径を測定可能に構成されている。一方、支持部材７には、Ｙ軸方向と平行な回転軸を有する回転駆動装置９と、回転駆動装置９により回転駆動される旋回アーム１０が配設され、旋回アーム１０にはツールＴを側方又は上方から撮影するためのカメラ１１（第二カメラ）が搭載されている。このカメラ１１は、ツールＴをＸ軸方向又はＺ軸方向から撮影可能に構成されている。図１～３の実施形態において、カメラ１１は、通常時にはＸ軸方向に向かって配置されているが、ツールＴのＹ軸方向のオフセット量を測定する際には旋回アーム１０が軸回りに旋回し、ツールＴのＺ軸方向の真上に移動して撮影を行う。

上述したツールプリセッタにおいて、機台１には、スピンドル３の回転やコラム４又はガイド部材５の移動を操作するための操作ボックス１２が配設されている。また、機台１には、その側面側に設けられた載置台１６に、カメラ８又はカメラ１１により撮影された画像や操作画面等を表示するためのタッチパネルモニター１３と、入力操作を行うためのキーボード１４と、測定結果等を印刷する印刷機１５とが設置されている。なお、図３では、スピンドル３とカメラ１１の関係を示すため、タッチパネルモニター１３、キーボード１４、印刷機１５及び載置台１６の描写を省略した。

また、機台１の内部にはコンピュータ１７が内蔵されている。コンピュータ１７は、操作ボックス１２、タッチパネルモニター１３又はキーボード１４により与えられた指示に基づいて、コラム４のＸ軸方向の移動量、ガイド部材５のＺ軸方向の移動量、スピンドル３の回転量、回転駆動装置９の回転量を制御する制御装置として機能すると共に、カメラ８，１１から得られた画像により各種の寸法を演算する演算装置として機能するように構成されている。特に、ツールＴのＹ軸方向のオフセット量を算出する場合、予め設定された基準回転位置からのスピンドル３の回転角度θ１、及び、カメラ１１の画像から得られるツールＴの刃先Ｔａの座標に基づいて、Ｙ軸方向のオフセット量を算出する。このようなコンピュータ１７（演算手段）は、例えば、上述した処理を実行可能なプログラムとして構成することができる。

なお、基準回転位置は、工作機械上で基準となるスピンドル３の回転位置をツールプリセッタ上において再現したものである。Ｙ軸方向のオフセット量は、ツールＴの刃先Ｔａがスピンドル３の回転軸ＥからＹ軸方向にずれたオフセット量であり、スピンドル３の中心を原点としたＸＹ座標におけるＹ座標に相当する。ツールＴの刃先Ｔａは、加工時においてツールＴが被加工物に直接に接触する部分である。

上述したツール形状の測定装置を備えたツールプリセッタを用いて、ツールＴの刃先Ｔａの形状や寸法を測定するにあたって、予め、テーパーアダプタ２を取り付けたスピンドル３の基準回転位置を求め、スピンドル３をその基準回転位置に設定しておく。そして、スピンドル３に取り付けられたテーパーアダプタ２にツールＴを装着する。

ここで、ツールＴの高さを測定する場合は、カメラ８（第一カメラ）によりツールＴを撮影し、その画像を処理することにより、必要な寸法を正確に測定することができる。

一方、ツールＴのＹ軸方向のオフセット量を測定する場合は、カメラ１１（第二カメラ）を使用する。カメラ１１によりツールＴの刃先ＴａをＺ軸方向の真上から撮影した際、図４に示すように、カメラ１１の視野１１Ａ内にツールＴの刃先Ｔａが収まる場合、そのカメラ１１の画像に基づいて、ツールＴの刃先ＴａのＸＹ座標を取得する。この場合、基準回転位置からスピンドル３を回転させる必要がないためスピンドル３の回転角度θ１は０°とし、カメラ１１の画像から得られるツールＴの刃先ＴａのＸＹ座標に基づいてＹ軸方向のオフセット量を算出する。即ち、スピンドル３の中心を原点とするＸＹ座標におけるＹ座標が、基準回転位置におけるＹ軸方向のオフセット量となる。

また、テーパーアダプタ２にツールＴを装着した状態で、カメラ１１によりツールＴの刃先ＴａをＺ軸方向の真上から撮影した際、図５（ａ）に示すように、カメラ１１の視野１１ＡからツールＴの刃先Ｔａが外れる場合、基準回転位置からスピンドル３を回転し、図５（ｂ）に示すように、カメラ１１の視野１１Ａ内にツールＴの刃先Ｔａが収まるようにする。その際、スピンドル３を回転すると共に、コラム４をＸ軸方向に沿って移動し、カメラ１１の視野１１Ａ内とする。図６に示すように、基準回転位置からスピンドル３を回転させた角度を回転角度θ１とする。そして、カメラ１１の画像に基づいて、ツールＴの刃先Ｔａの座標（Ｘ２，Ｙ２）を取得する。なお、図６に示すＸＹ座標において、基準回転位置からスピンドル３を回転する前のツールＴの刃先Ｔａを点Ｐ１とし、基準回転位置からスピンドル３を回転した後のツールＴの刃先Ｔａを点Ｐ２とする。

取得した点Ｐ２の座標（Ｘ２，Ｙ２）に基づいて、下記の数式１により、原点から点Ｐ２までを結ぶ線分Ｔ２の長さＬを求める。そして、下記の数式２により、長さＬ及び点Ｐ２のＹ座標（Ｙ２）に基づいて角度θ２を算出する。この角度θ２は、線分Ｔ２とＸ軸との間の角度である。数式２において、点Ｐ２のＹ座標（Ｙ２）が正の場合はθ２が正の数値となり、点Ｐ２のＹ座標（Ｙ２）が負の場合はθ２が負の数値となる。

次に、スピンドル３の回転角度θ１及び算出した角度θ２に基づいて、原点から点Ｐ１までを結ぶ線分Ｔ１とＸ軸との間の角度θ３を算出する。この角度θ３は、回転角度θ１から角度θ２を引いて求められる角度（θ１－θ２）である。なお、線分Ｔ１の長さは、線分Ｔ２の長さと同等であるため、上記数式１で求めた長さＬとなる。

上記長さＬと算出した角度θ３に基づいて、下記の数式３及び数式４により、点Ｐ１のＸ座標（Ｘ１）及びＹ座標（Ｙ１）をそれぞれ求める。

カメラ１１の視野１１ＡからツールＴの刃先Ｔａが外れる場合、上述のようにスピンドル３の回転角度θ１及び点Ｐ２の座標（Ｘ２，Ｙ２）から逆算して、基準回転位置におけるＹ軸方向のオフセット量である点Ｐ１のＹ座標（Ｙ１）を算出することができる。

上述したツール形状の測定装置及び測定方法では、ツールＴを着脱可能に保持する一方で回転可能に構成されたスピンドル３と、Ｘ軸方向に沿って進退可能に構成されたコラム４と、このコラム４上でＺ軸方向に沿って昇降可能に構成されたガイド部材５と、このガイド部材５に搭載されていてツールＴの刃先ＴａをＺ軸方向の真上から撮影するカメラ１１と、予め設定された基準回転位置からのスピンドル３の回転角度θ１、及び、カメラ１１の画像から得られるツールＴの刃先Ｔａの座標に基づいて、基準回転位置においてツールＴの刃先Ｔａがスピンドル３の回転軸ＥからＹ軸方向にずれたオフセット量を算出する演算手段とを備えているので、ツールのＹ軸方向のオフセット量が大きい場合であっても、ツールプリセッタにＹ軸方向の移動を可能にする別の駆動装置を付加せずに、そのＹ軸方向のオフセット量を測定することができる。これにより、工作機械の外部で（ツールプリセッタ内で）高精度な測定を行うことができると共に、工作機械を停止せずに済むため生産性の向上を図ることができる。更には、ツールプリセッタにＹ軸方向の移動を可能にする装置を付加する必要がないので、コストや精度、耐久性の観点から有利である。

上述したツール形状の測定装置を含むツールプリセッタによれば、カメラ８，１１により得られる画像を使用することにより、形状の異なる様々な工作機械用のツールＴに対して、そのツールＴの形状や寸法を高精度に測定することができる。また、カメラ１１は旋回可能に設置されているので、ツールＴの欠陥検出にも利用可能である。

１機台
２テーパーアダプタ
３スピンドル
４コラム
５ガイド部材
６，７支持部材
８カメラ（第一カメラ）
９回転駆動装置
１０旋回アーム
１１カメラ（第二カメラ）
１２操作ボックス
１３タッチパネルモニター
１４キーボード
１５印刷機
１６載置台
１７コンピュータ（演算手段）

Claims

旋削工具であるツールを着脱可能に保持する一方で回転可能に構成されたスピンドルと、該スピンドルの回転軸に対して垂直となるＸ軸方向に沿って進退可能に構成されたコラムと、該コラム上で前記スピンドルの回転軸に対して平行となるＺ軸方向に沿って昇降可能に構成されたガイド部材と、該ガイド部材に搭載されていて前記ツールの刃先を前記Ｚ軸方向の真上から撮影するカメラと、予め設定された基準回転位置からの前記スピンドルの回転角度、及び、前記カメラの画像から得られる前記ツールの刃先の座標に基づいて、前記基準回転位置において前記ツールの刃先が前記スピンドルの回転軸から前記Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向に対して直交するＹ軸方向にずれたオフセット量を算出する演算手段とを備えることを特徴とするツールプリセッタにおけるツール形状の測定装置。
旋削工具であるツールを着脱可能に保持する一方で回転可能に構成されたスピンドルと、該スピンドルの回転軸に対して垂直となるＸ軸方向に沿って進退可能に構成されたコラムと、該コラム上で前記スピンドルの回転軸に対して平行となるＺ軸方向に沿って昇降可能に構成されたガイド部材と、該ガイド部材に搭載されていて前記ツールの刃先を前記Ｚ軸方向の真上から撮影するカメラと、予め設定された基準回転位置からの前記スピンドルの回転角度、及び、前記カメラの画像から得られる前記ツールの刃先の座標に基づいて、前記基準回転位置において前記ツールの刃先が前記スピンドルの回転軸から前記Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向に対して直交するＹ軸方向にずれたオフセット量を算出する演算手段とを備えた測定装置を使用し、前記基準回転位置において前記ツールの刃先が前記カメラの視野から外れる場合、前記ツールの刃先が前記カメラの視野内に入るように前記スピンドルを回転させ、その状態で前記カメラの画像に基づいて前記ツールの刃先の座標を取得し、前記スピンドルの回転角度及び前記ツールの刃先の座標に基づいて前記基準回転位置における前記ツールの刃先のオフセット量を算出することを特徴とするツールプリセッタにおけるツール形状の測定方法。