JP7124242B1 - ツールホルダ装着状態検出方法及び装置、並びに工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】フランジ部における外周形状を測定するセンサ方式、フランジ外周面の切り欠き数、形状精度、環境等に係らず、セットアップ時と加工時の変位データの位相を簡単、かつ高精度に合わせ、チャックミスの検出精度を向上する。【解決手段】セットアップ時は、チャックミスがない状態でツールホルダ１１を主軸２６へ装着し、工具９の回転を開始してからセンサ１の信号変化より、フランジ部１１Ｂに形成された切り欠き１１Ｃのカウントを開始し、ツールホルダ１１を少なくとも１周した後、最後に検出した切り欠き１１Ｃからセンサ１によるセットアップ時測定データを得るまでの時間Ｔとそれまでのカウント数Ｎを記憶し、加工時はセットアップ時と同じ手順でカウント数Ｎ及び時間Ｔを合わせて加工時測定データを得る。【選択図】図４

Description

本発明は、ＮＣ（数値制御）加工機やマシニングセンタをはじめとするワーク（加工対象物、測定対象物）の加工を行う工作機械に係り、特に、工具を適宜選択して着脱する自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備え、工具が取り付けられるツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示す装着異常の判定を行うツールホルダ装着状態検出方法及び装置、並びに工作機械に関する。

マシニングセンタ（ＭＣ）は、加工工程に従って各種工具を自動的に選択し、主軸に自動で装着して多種類の加工を行う装置である。このＭＣにおいて、工具の交換は自動工具交換（ＡＴＣ：オートツールホルダチェンジ）装置で行われる。ＡＴＣ装置は工具が取り付けられたツールホルダを工具マガジンから自動で取り出し、主軸に自動で装着する。工具が取り付けられたツールホルダは、円錐状の嵌合部を有しており、この嵌合部が、ＭＣの主軸に形成された円錐状の被嵌合部に嵌合されて装着される。しかしながら、ツールホルダは、嵌合部に切り屑などが付着すると、軸が曲がって装着される。そして、この状態で加工を行うと、工具に振れが発生し、ワークの加工精度が著しく低下する。

このようなツールホルダの異常な装着状態（チャックミス）を検出するための技術として、特許文献１には、「工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械において、前記主軸に装着したツールホルダのフランジ外周面の変位を測定する測定手段と、前記測定手段で得られた測定データから前記工作機械の異常を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする工作機械。」が記載され、更に、「前記主軸に装着されたツールホルダのフランジ外周面の変位の測定データを基本データとして記憶する基本データ記憶手段と、前記基本データと前記測定手段で測定された測定データとを比較して真の測定データを演算する真の測定データ演算手段と、を備え、前記判定手段は、前記真の測定データ演算手段で算出された真の測定データから前記工作機械の異常を判定する」ことが記載されている。

また、「ツールホルダ２に切欠きがある場合には、図１０（ｂ）に示すように、２つある切欠き２Ｃ、２Ｃのうち何れか一方の切欠き２Ｃの中央が０°になるように測定データを位相補正する」こと、及び、「算出した磁気的凹凸パターン（加工時磁気的パターン）と、メモリ２０に記憶されたセットアップ時の磁気的凹凸パターン（セットアップ時磁気的パターン）とを比較し、算出した磁気的凹凸パターンのうち、どの位置が０°に位置するかを決定する。」ことも記載されている。

また、特許文献２は、フランジ外周面に近接して設けられる外周面検出手段として、渦電流センサを設け、ツールホルダのフランジ部に切り欠きがある場合、センサが所定周期で検出したフランジ外周面の表面位置の検出データを補間処理して、所定周期より短い補間周期で補間検出データを算出し、補間データを生成することが記載されている。

さらに、特許文献２の段落００２６等には、渦電流センサなどの検出器は、検出距離が大きくなると検出精度、分解能が低下すること、及び、切り欠き部分は検出方向に距離が急激に変化するため、この部分の平均距離を検出すると検出信号は鈍ることが記載されている。そこで、特許文献２では、検出距離が大きいほど、切り欠き部分の検出データの値が小さくなるように補正を行うことが記載されている。

特開２００２－２００５４２号公報 特開２００８－９３７５０号公報

ツールホルダのフランジの外周面の変位を測定し、チャックミスを検出する方法では、測定データを正常時の基本データと比較するために、位相補正を行う必要がある。この位相補正について、特許文献１には、フランジの切り欠きに由来する信号を用いたり、特徴的な磁気的凹凸パターンを利用したりする方法が記載されている。

しかし、近年、ツールホルダの加工精度の向上に伴い、フランジ部分の形状のばらつきが従来よりも顕著に小さくなってきている。そのため、特許文献１に記載された方法のように、特徴的な磁気的凹凸パターンを見出すことが難しくなってきていることを本発明者は知見している。これは、特徴的な磁気的凹凸パターンが、各ツールホルダ（典型的にはフランジ部分）に固有の形状の不均一（ばらつき）に起因して得られるものだからである。

また、切り欠きに由来する信号を用いて位相補正を行おうとしても、例えば、フランジが切り欠きを二つ有し、この切り欠きが１８０度対称な位置に配置されている場合、１８０度の回転対称に近い磁気的凹凸パターンが発現し、加工時磁気的パターンとセットアップ時磁気的パターンの比較のみで位相を決めることができないことも、本発明者は知見している。

また、特許文献２は、補間データによって、フランジ部に切り欠きの影響による振れ測定の誤差を小さくできるが、サンプリング開始位置のずれや回転速度のムラがあると、フランジ外周面の表面位置の検出データが不正確となり、偏心量を高精度に算出することができない場合がある。

さらに、例えば、切粉の噛み込み等により振れが発生した場合、切り欠きが二つありサンプリング開始位置が大きくずれた場合、及び、ノイズが多い場合等では、複雑な処理を必要とする。そのため、渦電流センサなどの検出器は、より安定した高精度な測定を確保するために、クーラントの影響を受けない位置に設置しなければならない。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、渦電流センサに限らないセンサ方式、ツールホルダのフランジ外周面の切り欠き数、回転方向の対称性、フランジ部１１Ｂの形状（特に、測定部分の肉厚）の変化、磁化、焼き入れ深度、刻印、環境等に係らず、セットアップ時と加工時の変位データの位相を簡単、かつ高精度に合わせることを可能とし、ツールホルダの主軸へのチャックミス（装着異常）の検出精度を向上することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、工具が取り付けられたツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示すチャックミスの判定を行うツールホルダ装着状態検出方法であって、前記ツールホルダのフランジ部における外周形状を測定するセンサを設け、
セットアップ時は、前記チャックミスがない状態で前記ツールホルダを前記主軸へ装着し、前記工具の回転を開始してから前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記ツールホルダを少なくとも１周した後、最後に検出した前記切り欠きから前記センサによるセットアップ時測定データを得るまでの時間Ｔとそれまでのカウント数Ｎを記憶し、
加工時は、前記工具の回転を開始してから前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記セットアップ時に記憶された前記カウント数Ｎ及び前記時間Ｔを合わせて前記センサによる加工時測定データを得て、前記セットアップ時測定データと前記加工時測定データとに基づいて前記チャックミスの判定を行う。

また、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記セットアップ時測定データをフーリエ解析し、１山成分の振幅と位相を算出した基本偏心ベクトルと、前記加工時測定データを前記フーリエ解析し、１山成分の加工時振幅と加工時位相を算出した測定偏心ベクトルと、に基づいて偏心量を求め、チャックミスの判定を行うことが望ましい。

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記切り欠きを補間した前記セットアップ時測定データと加工時測定データとを前記フーリエ解析することが望ましい。

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記セットアップ時測定データと前記加工時測定データとは、前記ツールホルダを少なくとも１周させて得ることが望ましい。

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記センサは、前記主軸が取り付けられたヘッドに取り付けられた渦電流センサとしたことが望ましい。

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記センサは、前記主軸が取り付けられたヘッド以外の位置に取り付けられた光学式あるいはレーザ式とされたことが望ましい。

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記偏心量の測定を複数回実施し、平均値を真の測定偏心量とみなすことを特徴とすることが望ましい。

また、本発明は、ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示すチャックミスの判定を行うツールホルダ装着状態検出装置において、前記ツールホルダのフランジ部における外周形状を測定するセンサと、
セットアップ時に、前記チャックミスがない状態で前記ツールホルダを前記主軸へ装着し、工具の回転を開始してから前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記ツールホルダを少なくとも１周した後、最後に検出した前記切り欠きから前記センサによるセットアップ時測定データを得るまでの時間Ｔとそれまでのカウント数Ｎを記憶する手段と、
加工時に、前記工具の回転を開始してから前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記セットアップ時に記憶された前記カウント数Ｎ及び前記時間Ｔを合わせて前記センサによる加工時測定データを得る手段と、
前記セットアップ時測定データと前記加工時測定データとに基づいて前記チャックミスの判定を行うデータ処理装置と、
を備えたものである。

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出装置において、前記セットアップ時測定データをフーリエ解析し、１山成分の振幅と位相を算出した基本偏心ベクトルを求める手段と、前記加工時測定データを前記フーリエ解析し、１山成分の加工時振幅と加工時位相を算出した測定偏心ベクトルを求める手段と、前記基本偏心ベクトルと、前記測定偏心ベクトルと、に基づいて偏心量を求め、前記チャックミスの判定を行う手段と、を備えたことが望ましい。

また、本発明は、ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示すチャックミスの判定を行うツールホルダ装着状態検出装置が組み込まれた工作機械において、前記ツールホルダのフランジ部における外周面の形状を測定するセンサと、
セットアップ時に、前記チャックミスがない状態で前記ツールホルダを前記主軸へ装着し、工具の回転を開始してから前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記ツールホルダを少なくとも１周した後、最後に検出した前記切り欠きから前記センサによるセットアップ時測定データを得るまでの時間Ｔとそれまでのカウント数Ｎを記憶する手段と、
加工時に、前記工具の回転を開始してから前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記セットアップ時に記憶された前記カウント数Ｎ及び前記時間Ｔを合わせて前記センサによる加工時測定データを得る手段と、
前記セットアップ時測定データと前記加工時測定データとに基づいて前記チャックミスの判定を行うデータ処理装置と、を備えたものである。

本発明によれば、セットアップ時は、チャックミスがない状態でツールホルダを主軸へ装着し、工具の回転を開始してからセンサの信号変化より、フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、ツールホルダを少なくとも１周した後、最後に検出した切り欠きからセンサによるセットアップ時測定データを得るまでの時間Ｔとそれまでのカウント数Ｎを記憶し、加工時はセットアップ時と同じ手順でカウント数Ｎ及び時間Ｔを合わせて加工時測定データを得るので、セットアップ時測定データと加工時測定データとの位相を合わせることができる。

したがって、切り欠きが二つの場合だけでなく、回転対称性が高い三つ以上の切り欠きを持つ場合にも応用可能であり、センサ方式、センサとツールホルダの外周面までの距離ｄ、フランジ部の形状精度、磁化、焼き入れ深度、環境等に係らず、セットアップ時と加工時の変位データの位相を簡単、かつ高精度に合わせることを可能であり、ツールホルダの主軸へのチャックミス（装着異常)の検出精度を向上することができる。

本発明の一実施の形態に係るツールホルダ装着状態検出装置のブロック図 図１のツールホルダとデータ処理装置との関係を示す平面図 一実施の形態におけるセットアップ時のフローチャート 一実施の形態におけるセットアップ時及び加工時のタイムチャート 一実施の形態における加工時のフローチャート 一実施の形態における１周分の測定データ（変位）を示すグラフ 一実施の形態における偏心量を判定するフローチャート（図５の続き）

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
マシニングセンタ（ＭＣ）は、ワークの取り付けを変えずに、フライス・穴あけ・中ぐり・ねじ立てなど種々の加工を行う数値制御工作機械である。工具マガジンは、多数の切削用の工具９を格納し、コンピュータ数値制御の指令によって工具９を自動的に交換して加工を行う。加工を主目的としているため、マシニングセンタ（ＭＣ）の設置された環境には、微粒子であるオイルミスト、粉塵があり、さらに、ワーク及びスピンドル周辺にはゴミ、切粉が存在する。

図１は、工作機械に組み込まれたツールホルダ装着状態検出装置５０の一実施の形態を示すブロック図であり、ツールホルダ１１は側面図を表している。ツールホルダ装着状態検出装置５０は、（図示しない）ＡＴＣ装置で主軸２６に装着されたツールホルダ１１のチャックミス（装着異常）を自動で検出する装置であり、主として測定手段であるセンサ１と装着状態判定手段であるデータ処理装置３とで構成されている。

工具９は、ＡＴＣ装置によって、主軸２６に自動で着脱される。着脱は、マシニングセンタ（ＭＣ）の制御装置２２がプログラムを実行することによって行われる。工具９は、ツールホルダ１１に一体的に装着可能とされる。ツールホルダ１１の嵌合部１１Ａは、主軸２６の円錐状の被嵌合部２６Ａに押し付けられる。これにより、嵌合部１１Ａが被嵌合部２６Ａと密着して装着（チャッキング）がなされ、工具９が主軸２６に固定される。

センサ１は、ツールホルダ１１のフランジ部１１Ｂの外周面までの距離ｄを電気信号として測定する測定手段である。センサ１は、渦電流センサであってよい。センサ１は、ある特定の測定点からツールホルダ１１の外周面までの距離ｄを測定できるセンサ１であれば渦電流センサに限らず、他のセンサ方式を用いてもよい。この場合、センサ１は、非接触式のセンサに限らず、接触式のセンサを用いてもよい。また、マシニングセンタ（ＭＣ）は、多数の工具９を加工内容に応じて使用する。そのため、工具９の品数に応じてツールホルダ１１も増加し、センサ１は、それら多数のツールホルダ１１に対応できることが求められる。

渦電流センサは高周波磁界を利用し、距離ｄを測定するセンサであり、内部のコイルに高周波電流を流して、高周波磁界を発生させる。そして、渦電流センサの特徴は、リニアライズ回路で直線性の補正が必要とされ、距離ｄが短い必要あるが、水・油などの飛散する悪環境下に強いことにある。

光学式は、可視光線、赤外線などを投光部から発射し、検出物体によって反射する光の変化を受光部で検出し出力信号を得る。レーザ式は、可視光線、赤外線に代えてレーザ光を用いる。そして、光学式、レーザ式の特徴は、距離ｄを長くすることができるが、水・油などの飛散する悪環境下に弱いことにある。接触式は、水・油などの飛散する悪環境下に強いが、任意の位置に設置することが困難である。したがって、センサ１は、水・油などの飛散する悪環境下であってもツールホルダ１１の主軸２６へのチャックミス（装着異常）が確実に検出できれば、設置位置が比較的に自由な光学式、レーザ式を用いることができる。

センサ１として渦電流センサを使用した場合は、測定距離が短いので、主軸２６が取り付けられたヘッド２７取り付けることが望ましい。
渦電流センサを用いる場合、フランジ部１１Ｂの外周面を測定すると、磁化や測定部分の肉厚（面積）の影響などにより、測定される形状、すなわち、距離ｄの変化から推測されるフランジ部１１Ｂの外周形状が、真円とならない場合がある。したがって、センサ１として渦電流センサを使用した場合は、単に、加工時にのみフランジ部１１Ｂの外周面を測定するだけでは、偏心量を算出する際に誤差を含んでしまうことがあり、検出精度が低下するおそれがある。

データ処理装置３は、センサ１で測定された距離ｄに基づき、ツールホルダ１１の装着状態を検出するもので、Ａ／Ｄコンバータ４、ＣＰＵ６、メモリ５、入出力回路７等を備えている。Ａ／Ｄコンバータ４は、センサ１から出力された距離ｄを示す電気信号を、ディジタル信号に変換してＣＰＵ６に出力する。ＣＰＵ６は、このディジタル信号に変換されたセンサ１の測定データ（変位）に基づいて、偏心量を求める。そして、その算出した偏心量と許容値とを比較し、偏心量が許容値を超えている場合にチャックミス（装着異常）と判定する。そして、データ処理装置３は、入出力回路７を介してマシニングセンタ（ＭＣ）を制御する制御装置２２にその結果を出力する。

図２は、フランジ部１１Ｂに切欠きを有するツールホルダ１１の平面図である。
ツールホルダ１１の形状は、嵌合部１１Ａのみならず、フランジ部１１Ｂの外周形状も規格化されて、略同一となっている。したがって、フランジ部１１Ｂの外周形状を測定することにより、ツールホルダ１１の装着状態が分かる。外周形状は、ツールホルダ１１を１回転させて距離ｄを測定することにより求められる。一般的に、ツールホルダ１１のフランジ部１１Ｂの外周面は、図２に示されるようにチャックのための切り欠き１１Ｃが二つ形成されていることが多い。

ＣＰＵ６は、チャックミス（装着異常）がない状態で装着されたツールホルダ１１のセットアップ時測定データからツールホルダ固有の基本偏心ベクトルを求め、記憶しておく。そして、ＣＰＵ６は、基本偏心ベクトルと加工時測定データから測定偏心ベクトルを求め、セットアップ時測定データとを比較して真の偏心ベクトルを算出する。そして、ＣＰＵ６は、真の偏心ベクトルから偏心量を求め、チャックミス（装着異常）の判定を行う。上記の様にすることで、センサ１が渦電流センサである場合でも、磁化や肉厚等に起因する上述のような誤差を生じさせにくくなる。

ところで、セットアップ時測定データと、加工時測定データとを比較するためには、これらの位相（比較の開始点となるツールホルダの角度）を揃える必要がある。ツールホルダ１１に切り欠き１１Ｃがある場合、この切り欠き１１Ｃによる検出信号をもとに位相を補正する（具体的には０度の位置を決める）こともできる。

しかし、切り欠き１１Ｃが２つ以上ある場合、２つある切り欠き１１Ｃのうちいずれをもとに位相を補正する（いずれが０度に位置する）かを決定する必要がある。しかしながら、センサ１による測定は、ゆらぎやタイミングのずれが生じる恐れがある。また、切り欠き１１Ｃが１８０度対称な位置にあった場合は、１８０度の回転対称に近い測定データが発現し、単に、セットアップ時測定データと加工時測定データの比較のみで位相を決めることは困難である。

図３は、セットアップ時のフローチャートであり、図４はセットアップ時及び加工時のタイムチャートである。加工時は、セットアップが行われた後にＡＴＣ装置で工具９が取り付けられたツールホルダ１１が主軸２６に装着されて開始される。図４において、横軸は時間であり、上段はセンサ１による測定データの概念的な変化、下段はツールホルダ１１の回転角度及び切り欠き１１Ｃの向きを示している。また、Ｓ３２等は、図３のフローチャートのステップとの対応関係を示している。

始めに基本偏心ベクトルを求めるためにセットアップを行う（ステップＳ３０）。セットアップは、マシニングセンタ（ＭＣ）による加工開始前に行われる。まず、ツールホルダ１１が主軸２６に装着される（ステップＳ３１）。加工開始前であることから、切り粉は、嵌合部１１Ａと被嵌合部２６Ａの間に挟み込まれることはなく、ツールホルダ１１は主軸２６にチャックミス（装着異常）なく装着される。制御装置２２は、この状態でツールホルダ１１を回転させ、工具９を所定角度で静止させる（ステップＳ３２）。

次に、制御装置２２は、切り欠き１１Ｃのカウントを開始するためのトリガー信号をデータ処理装置３へと出力し（ステップＳ３３）、ツールホルダ１１及び工具９の回転を開始する（ステップＳ３４）。センサ１による測定データは、図４に示すように、センサ方式に関らず、切り欠き１１Ｃの位置で図４に示すようにＯＮからＯＦＦに変化する。データ処理装置３は、センサ１の信号変化より、切り欠き１１Ｃのカウントを開始する（ステップＳ３５）。なお、チャックミス判定のための距離ｄの測定はツールホルダ１１及び工具９の回転が安定した時点から開始する。

データ処理装置３は、ツールホルダ１１を少なくとも１周した後、最後に検出した切り欠き１１Ｃからセンサ１によるセットアップ時測定データを得るまでの時間Ｔとそれまでのカウント数Ｎを記憶する（ステップＳ３６）。言い換えれば、セットアップ時の測定を開始した位置における切り欠きカウント数Ｎ、及び、最後に切り欠きを検出してから経過した時間Ｔを記憶する。

セットアップ時測定データは、ステップＳ３６後のセンサ１の測定データである。この測定データは、ツールホルダ１１を少なくとも１周又は精度を向上させるために複数周回転させて平均して得ることでも良い。

工具９を所定角度で静止させて、ツールホルダ１１の回転を開始しても、チャックミス判定のための測定は、回転が安定してから行う。そのため、セットアップ時測定データと加工時測定データとの比較を行うためには、回転が安定した状態で、つまり、ツールホルダ１１が回転した状態において、測定開始位置を把握し、これを揃える必要がある。
本検出方法では、この測定開始位置の決定に、切欠き１１Ｃのカウント数Ｎと、最後に切り欠きを検出してから経過した経過した時間Ｔを利用する。このようにすることで、正確に測定開始位置を把握できる。
なお、上記に加えて、セットアップ測定時の波形と、加工時測定データの波形とを比較して、その形状から、例えば、図３に記載されたような切り欠き１１Ｃによる検出信号をもとに位相を微調整してもよい。切り欠き１１Ｃのカウント数Ｎと、最後に切り欠きを検出してから経過した経過した時間Ｔを利用することで、ツールホルダ１１に切り欠き１１Ｃが複数あったとしても、最終的な微調整に使用すべき、切り欠き由来の検出信号が決定できるため、波形を比較することで、容易に位相の補正を行うことができる。

時間Ｔは、最後に切り欠きを検出してから経過した時間であるため、そもそも短時間であり、かつ、ほぼ回転が安定した状態であるため、セットアップ時、及び、後述する加工時におけるばらつきは殆どない。また、回転が安定するまでのカウント数Ｎも同様に、セットアップ時、及び、後述する加工時における差はない。
上記のように測定開始位置を決定することで、例えば、単に回転開始から測定開始までの時間Ｔ_０（より長く、かつ、よりばらつきが発生する可能性が高い）により測定開始の位置を決定するよりも、より精度が向上する。

図６は、１周分の測定データの例を示すグラフであり、横軸は位相、縦軸はセンサ１によって測定された変位を示している。ツールホルダ１１のフランジ部１１Ｂに切り欠き１１Ｃが２箇所ある場合、１周分の測定データは、グラフ表示すると、例えば図６（ａ）に示されるようになる。同図に示されるように、測定データは二つの切り欠き１１Ｃの部分で急激に変化する。図中で、略矩形状に凹んでいる部分が切り欠き１１Ｃに由来する信号である。

図３に戻って説明すると、データ処理装置３は、切り欠き１１Ｃがある場合、ステップＳ３６で得られたセットアップ時測定データから補間手段により正弦波を復元し、記憶する（ステップＳ３７）。図６（ｂ）は、切り欠き１１Ｃの部分をＣＰＵ６における補間手段によって直線補間した後の測定データをグラフ表示したものである。なお、測定データの補間は、スプライン補間、ラグランジュ補間、多項式補間、ニュートン補間、ネヴィル補間、及び、連分数補間などの補間方法に基づいて算出しても良い。

次に、データ処理装置３は、補間されたセットアップ時測定データに対してフーリエ解析（ＦＦＴ解析）を行い、それぞれの１山成分の振幅と位相を算出して記憶する（ステップＳ３８）。得られた振幅と位相は、基本偏心量、位相は基本偏心方向とする基本偏心ベクトルとされ（ステップＳ３９）、記憶してセットアップを終了する。

図５は、加工時のフローチャートであり、ステップＳ４０からステップＳ４５までは、図３で示したセットアップ時のフローチャートと同じ手順で行うので説明を省略する。データ処理装置３は、セットアップ時にカウントして記憶されたカウント数Ｎ及び時間Ｔを合わせてセンサ１による加工時測定データを得る（ステップＳ４６）。加工時測定データは、セットアップ時測定データと同様にツールホルダ１１を１周又は精度を向上させるために複数周回転させて平均しても良い。
なお、上記に加えて、セットアップ時測定データ、及び、加工時測定データ（いずれも補間前）のデータをそれぞれ用いて、切り欠き１１Ｃの検出信号をもとに、位相を補正（０度の位置を補正）してもよい。

次に、セットアップ時と同様に、データ処理装置３は、切り欠き１１Ｃがある場合、ステップＳ４６で得られた加工時測定データから補間手段により正弦波を復元し、記憶する（ステップＳ４７）。次に、データ処理装置３は、補間された加工時測定データに対してフーリエ解析（ＦＦＴ解析）を行い、それぞれの１山成分の加工時振幅と加工時位相を算出して記憶する（ステップＳ４８）。得られた加工時振幅と加工時位相は、測定偏心量、測定偏心方向とする測定偏心ベクトルとして求める（ステップＳ４９）。

図７は、偏心量を判定するフローチャートであり、図５のフローチャートに続いて行われる。チャックミス（装着異常）は、図３に示すようにチャックミスがない状態で装着されたツールホルダ１１の偏心量を示す基本偏心ベクトルと、図５の加工時測定データから測定偏心ベクトルとに基づいて行う。偏心量は、基本偏心ベクトルと、測定偏心ベクトルと、の差をベクトル演算により算出し、真の偏心ベクトルとする。偏心量は、真の偏心ベクトルの大きさとする（ステップＳ５０）。

データ処理装置３は、求めた偏心量に基づきチャックミス（装着異常）の判定を行う（ステップＳ５１）。この結果、正常にチャックされたと判定された場合（偏心量≦許容値）は（ステップＳ５２）、そのまま加工を開始する（ステップＳ５３）。偏心量＞許容値と判定された場合は、チャックミス（装着異常）とする（ステップＳ５４）。この場合、データ処理装置３は、制御装置２２へツールホルダ１１の装着やり直し、あるいは要確認を指示する（ステップＳ５５）。

本実施の形態によれば、チャックミス（装着異常）の判定は、ツールホルダ１１固有の偏心量を取り除いた真の偏心量に基づいて行われるので、より正確な検出を行うことができる。また、本実施の形態は、真の偏心ベクトルから、偏心方向が特定できるので、噛み込んだ切り粉等の位置も特定することができる。

なお、偏心量の測定は１回だけに限らず、偏心量の測定を複数回実施し、その平均値を真の偏心量とみなしてチャックミス（装着異常）の判定を行うようにしてもよい。これにより、信頼性が向上し、より正確に判定を行うことができる。

セットアップ時測定データと加工時測定データとは、元々フランジ部１１Ｂの外周面をセンサ１で測定したデータに基づいていることより、元々、近似した波形である。したがって、セットアップ時と加工時とでカウント数Ｎ及び時間Ｔを合わせてそれぞれ測定データを得れば、それ以上複雑な処理をすることなく、両者の位相を補正することができる。

また、測定データは、切り欠き１１Ｃが二つで１８０度対称な位置にあった場合、回転方向の対称となるパターンが発現する。しかしながら、データ処理装置３は、セットアップ時と加工時とで測定データを得るまでのカウント数Ｎを同じとするので、この場合でも区別が可能となり、セットアップ時測定データと加工時測定データとの比較のみで位相を決めることができる。さらに、セットアップ時と加工時とでカウント数Ｎを同じとすることは、切り欠き１１Ｃが二つの場合でなく、回転方向の対称性が高い三つ以上の切り欠き１１Ｃを持つ場合にも適用が可能となる。

測定データは、振れが発生するとフーリエ解析した基本波周波数成分（1次成分）が大きく変化する。また、図４及び図６に示すセンサ１による測定データの変化は、センサ方式によって緩慢となる。例えば、渦電流センサは、距離ｄが長くなると図４の測定データにおけるＯＮとＯＦＦの差（振幅）が小さくなり明確でなくなる。しかしながら、データ処理装置３は、センサ１の信号変化より、切り欠き１１Ｃのカウントをするだけなので、振幅情報の影響は受けないので正確な位相を検出できる。同様に、センサ１を光学式、レーザ式とした場合は、悪環境下で測定データのＯＮとＯＦＦの差（振幅）が小さくなり明確でなくなるが、切り欠き１１Ｃのカウントをする際に波形整形回路などによりパルス整形すれば正確なカウントができる。

また、本実施の形態では、ツールホルダ１１の外周の変位を測定し、その測定データをフーリエ解析して１山成分を抽出し、その振幅値を求めることにより、偏心量を取得するようにしているが、偏心量を取得する方法は、この方法に限定されるものではない。例えば、偏心量は測定データの最大値と最小値とを求め、その差から偏心量を算出しても良い。

また、本実施の形態では、センサ１の測定点としてツールホルダ１１のフランジ部１１Ｂを使用しているが、センサ１の測定点は、これに限定されるものではなく、測定状況等に応じて適宜変更してもよい。例えば、測定点は工具９の刃先（被加工物を切削する個所）としても良い。工具９の刃先を測定点とすることは、直接加工を行う部分の偏心量を測定できることになるので、より確実にチャックミスを検出することができる。ここで最終的には、補間をしない元のセットアップ時測定データと補間をしない元の加工時測定データを基に工具の位置調整を行ってもよい。

また、センサ１を渦電流センサとした場合は、主軸２６が取り付けられたヘッド２７に取り付けることが測定距離を短くする上で望ましいが、センサ１の設置場所は、これに限定されるものではない。特に、本実施の形態によれば、水・油などの飛散する悪環境下に弱い光学式、レーザ式であっても、距離ｄを長くしてセンサ１をヘッド２７以外の所定の位置に固定して取り付けることができる。したがって、センサ１を光学式、レーザ式とした場合は、任意の位置に設置することが可能となる。特に、センサ１は、より安定した高精度な測定を確保するためにクーラントの影響を受けない位置（クーラントが掛からない位置）に設置することが容易となる。

また、本実施の形態は、マシニングセンタ（ＭＣ）に適用したとして説明したが、ＡＴＣ装置を用いる工作機械であれば、いかなる工作機械にも適用することができる。

１…センサ
３…データ処理装置
４…Ａ／Ｄコンバータ
５…メモリ
６…ＣＰＵ
７…入出力回路
９…工具
１１…ツールホルダ
１１Ａ…嵌合部
１１Ｂ…フランジ部
１１Ｃ…切り欠き
２２…制御装置
２６…主軸
２６Ａ…被嵌合部
２７…ヘッド
５０…ツールホルダ装着状態検出装置
Ｎ…カウント
ｄ…距離

Claims (10)

1. 工具が取り付けられたツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示すチャックミスの判定を行うツールホルダ装着状態検出方法であって、
   前記ツールホルダのフランジ部における外周形状を測定するセンサを設け、
   セットアップ時は、
   前記チャックミスがない状態で前記ツールホルダを前記主軸へ装着し、
   前記工具を所定角度で静止させた後、前記工具の回転を開始し、前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、
   前記ツールホルダを少なくとも１周した後、最後に検出した前記切り欠きから前記センサによるセットアップ時測定データを得るまでの時間Ｔとそれまでのカウント数Ｎを記憶し、
   加工時は、
   前記工具を前記所定角度で静止させた後、前記工具の回転を開始し、前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、
   前記セットアップ時に記憶された前記カウント数Ｎ及び前記時間Ｔを一致させて前記センサによる加工時測定データを得て、
   前記セットアップ時測定データと前記加工時測定データとに基づいて前記チャックミスの判定を行うことを特徴とするツールホルダ装着状態検出方法。
2. 前記セットアップ時測定データをフーリエ解析し、１山成分の振幅と位相を算出した基本偏心ベクトルと、前記加工時測定データを前記フーリエ解析し、１山成分の加工時振幅と加工時位相を算出した測定偏心ベクトルと、に基づいて偏心量を求め、前記チャックミスの判定を行うことを特徴とする請求項１に記載のツールホルダ装着状態検出方法。
3. 前記切り欠きを補間した前記セットアップ時測定データと前記加工時測定データとを前記フーリエ解析することを特徴とする請求項２に記載のツールホルダ装着状態検出方法。
4. 前記セットアップ時測定データと前記加工時測定データとは、前記ツールホルダを少なくとも１周させて得ることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のツールホルダ装着状態検出方法。
5. 前記センサは、前記主軸が取り付けられたヘッドに取り付けられた渦電流センサとしたことを特徴とする請求項１に記載のツールホルダ装着状態検出方法。
6. 前記センサは、前記主軸が取り付けられたヘッド以外の位置に取り付けられた光学式あるいはレーザ式とされたことを特徴とする請求項１に記載のツールホルダ装着状態検出方法。
7. 前記偏心量の測定を複数回実施し、平均値を真の測定偏心量とみなすことを特徴とする請求項２に記載のツールホルダ装着状態検出方法。
8. ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示すチャックミスの判定を行うツールホルダ装着状態検出装置において、
   前記ツールホルダのフランジ部における外周形状を測定するセンサと、
   セットアップ時に、前記チャックミスがない状態で前記ツールホルダを前記主軸へ装着し、工具を所定角度で静止させた後、前記工具の回転を開始し、前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記ツールホルダを少なくとも１周した後、最後に検出した前記切り欠きから前記センサによるセットアップ時測定データを得るまでの時間Ｔとそれまでのカウント数Ｎを記憶する手段と、
   加工時に、前記工具を前記所定角度で静止させた後、前記工具の回転を開始し、前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記セットアップ時に記憶された前記カウント数Ｎ及び前記時間Ｔを一致させて前記センサによる加工時測定データを得る手段と、
   前記セットアップ時測定データと前記加工時測定データとに基づいて前記チャックミスの判定を行うデータ処理装置と、
   を備えたことを特徴とするツールホルダ装着状態検出装置。
9. 前記セットアップ時測定データをフーリエ解析し、１山成分の振幅と位相を算出した基本偏心ベクトルを求める手段と、
   前記加工時測定データを前記フーリエ解析し、１山成分の加工時振幅と加工時位相を算出した測定偏心ベクトルを求める手段と、
   前記基本偏心ベクトルと、前記測定偏心ベクトルと、に基づいて偏心量を求め、前記チャックミスの判定を行う手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項８に記載のツールホルダ装着状態検出装置。
10. ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示すチャックミスの判定を行うツールホルダ装着状態検出装置が組み込まれた工作機械において、
    前記ツールホルダのフランジ部における外周面の形状を測定するセンサと、
    セットアップ時に、前記チャックミスがない状態で前記ツールホルダを前記主軸へ装着し、工具を所定角度で静止させた後、前記工具の回転を開始し、前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記ツールホルダを少なくとも１周した後、最後に検出した前記切り欠きから前記センサによるセットアップ時測定データを得るまでの時間Ｔとそれまでのカウント数Ｎを記憶する手段と、
    加工時に、前記工具を前記所定角度で静止させた後、前記工具の回転を開始し、前記センサの信号変化より、前記フランジ部に形成された切り欠きのカウントを開始し、前記セットアップ時に記憶された前記カウント数Ｎ及び前記時間Ｔを一致させて前記センサによる加工時測定データを得る手段と、
    前記セットアップ時測定データと前記加工時測定データとに基づいて前記チャックミスの判定を行うデータ処理装置と、
    を備えたことを特徴とする工作機械。

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