JPH05228799A - タッチセンサツール - Google Patents

タッチセンサツール

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JPH05228799A
JPH05228799A JP7321492A JP7321492A JPH05228799A JP H05228799 A JPH05228799 A JP H05228799A JP 7321492 A JP7321492 A JP 7321492A JP 7321492 A JP7321492 A JP 7321492A JP H05228799 A JPH05228799 A JP H05228799A
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JP
Japan
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probe
light
tool
touch sensor
work
Prior art date
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Pending
Application number
JP7321492A
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English (en)
Inventor
Morishige Chiyokura
守成 千代倉
Akimitsu Nagae
昭充 長江
Norihiko Shimizu
紀彦 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamazaki Mazak Corp
Original Assignee
Yamazaki Mazak Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マシニングセンタ等の加工機械に装着してワ
ークの形状、寸法を計測するタッチセンサツールの応答
性と精度の向上を図る。 【構成】 加工機械に装着されるタッチセンサツール1
00は、主軸20に挿入されるシャンク110と一体の
本体115と、本体115にとりつけられるカップ状の
ハウジング120を有する。ハウジング120の中心部
にはブロック140がスプリング135を介してとりつ
けられる。ブロック140の下面にはプローブ160が
ねじ込まれる。ブロック140とハウジング120の間
には光センサユニット200が配設される。光センサユ
ニット200は、光源210と光センサ230とからな
り、光センサ230は4分割された受光面を有する。プ
ローブ160の先端がワークに接触すると、光源210
が変位し、4分割された受光面が受ける光量のバランス
が変化する。この変化による電気信号の変化を解析し、
ワークの形状、寸法を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複合加工機械に装備し
て対象物に接触することにより対象物の形状、寸法を計
測する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】マシニングセンタやFMS等の複合加工
工作機械においては、加工工作機械にワーク等を自動的
に供給して無人化による自動加工を実行する。供給され
たワークを自動的に加工するためには、ワークの形状、
寸法を計測して加工原点等を設定する必要がある。この
為に、複合加工工作機械にセンサを装備してワークの形
状、寸法を計測している。
【0003】図5はマシニングセンタ1の概要を示すも
ので、ベース上を前後方向である矢印A、B方向に移動
するコラム10に対して、主軸20が矢印A、B方向に
垂直な上下方向である矢印C、D方向に移動自在に装備
される。テーブル30は矢印A、B方向に垂直な水平方
向である矢印E、F方向に移動自在にとりつけられ、テ
ーブル30上にパレット32を介してワーク35が供給
される。
【0004】全体を符号40で示すATC(自動工具交
換装置)は、ATCアーム42と工具移送アーム45を
有する。工具マガジン50は、例えばチェーン52に多
数のツールポケット54を有し、交換用のツール60を
格納する。ATCアーム42は矢印G、H方向に回動
し、工具移送アーム45は矢印I、J方向に回動する。
両アーム42、45は共同して主軸20と工具マガジン
50の間で工具を自動的に交換する。図5は、主軸20
に計測用のタッチセンサツール100が装着された状態
を示す。タッチセンサツール100はプローブ160を
有し、プローブ160の先端でテーブル30上のワーク
35に接触してワーク35の形状、寸法を計測する。
【0005】図6は、従来のタッチセンサツール70の
機構を示すもので、プローブ72の上端は円盤状のブロ
ック74に連結され、ブロック74の周囲からは3本の
ピン76が放射状に突出している。各ピン76はV字形
に形成した接点78に挟まれ、各接点78はワイヤ79
によって電気的に接続されている。ブロック74の上部
は、スプリング80を介して調整用コマ81に連結され
タッチセンサツール70の本体71にねじ込まれる調整
ねじ82を調整してプローブ72に適当な下向きの与圧
をかける。プローブ72がワーク35に接触してプロー
ブ72が軸方向に変位したり、軸方向に直角な方向に変
位すると、ピン76が接点78から離れる。これを電気
的に検出してワーク35の形状、寸法を計測していた。
機械式の電気接点を用いたタッチセンサツールにかえ
て、光学式のセンサを用いることにより、精度を向上す
ることが可能となる。例えば特開平2−161301号
公報は、発光素子と受光素子とにより光学センサを構成
して、プローブのX、Y、Z軸方向の移動を検出する測
定器を開示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来の
機械接点式のタッチセンサツールにあっては、プローブ
72にある程度以上の力が加えられて作動するので、高
精度の計測に適さず、くり返し精度も不充分であった。
またこの種のセンサは、プローブの先端がワークに接触
したか否かを検出するもので、ON−OFFの検出機能
しか持っていない。特開平2−161301号公報のも
のは、1軸方向の変位のみか、あるいはその1軸と垂直
方向の二次元平面の変位を検出するものであって、3軸
方向の変位を同時に検出するものではない。特開平1−
6836号公報は、光学的なセンサを用いて力の大きさ
を計測する装置が提案されている。しかしながら、この
公報に開示されたセンサは、力を計測するものであっ
て、変位による形状、寸法を計測するものではない。そ
こで本発明は、光学的な接点を備え、かつ、X、Y、Z
の3軸の変位量を同時に計測できる加工工作機械用のタ
ッチセンサツールを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のタッチセンサツ
ールは、ツール本体と一体のハウジングと、ハウジング
の内周側に配設されるプローブと、プローブをハウジン
グに対し常に基準位置に戻るように支持するスプリング
とを備える。そして、プローブとハウジングとの間に光
センサユニットを設けたことを基本的な手段として有す
る。
【0008】
【作用】プローブの先端がワークに接触して変位する
と、この変位を光センサユニットが検知して電気信号を
発する。この信号を解析することにより、ワークの形
状、寸法を高速、高精度、かつ連続的に計測することが
できる。
【0009】
【実施例】図1は本発明のタッチセンサツールの全体構
成を示す説明図、図2は図1のA−A断面図、図3は要
部の説明図である。全体を符号100で示すタッチセン
サツールは、シャンク110を有し、プルスタッド11
2を利用して加工工作機械の主軸20に装着される。シ
ャンク110に連続する本体115の下部には、カップ
状のハウジング120がボルト122を介して固着され
る。カップ状のハウジング120の内側には、リング部
材130がボルト132により固着される。リング部材
130の内側中心部には、円筒状のブロック140が配
設され、リング部材130間を折曲した板状のスプリン
グ135で連結される。
【0010】図2に示すように、スプリング135は円
周上の3か所に配設され、ブロック140は自然状態で
その軸線がシャンク110の中心線と一致する位置に弾
支される。ブロック140の下部は、ハウジング120
の底部に設けた丸穴から突出するが、両者の間にはシー
ル部材150をとりつけて、ハウジング120の内部へ
の塵の侵入を防ぐ。ブロック140の下部に、プローブ
160をねじ部162を介してとりつける。プローブ1
60の先端は球状の接触子164が形成される。リング
部材130とブロック140の間には、円周上に120
度の角度間隔で3個の光センサユニット200がとりつ
けられる。
【0011】図3は光センサユニット200の詳細を示
すもので、光センサユニット200は、点状の光源21
0と、光センサ230を組合せたものである。光源21
0は、例えばLEDの発光面にピンホールをとりつけて
点状の光212を発するように構成したものである。光
センサ230は、4分割された受光部232A、232
B、232C、232Dを有する受光面232を備え
る。光源210は、取付具220を介してブロック14
0の外周部に固着され、光センサ230は取付具240
を介してリング部材130の内側に固着される。
【0012】自然状態においては、光源210の光軸と
光センサ230の受光面232の中心が一致するように
両者は配設される。光源210と光センサ230は、ハ
ウジング120内部に配設される電気回路250に連結
され、電気回路250はライン260を介して送信部2
70に通ずる。送信部270は、本機側に設けた受信部
280に対してデータを送信する。すなわち、タッチセ
ンサツール100が主軸20に装着される際に、送信部
270と受信部280は近接してデータを非接触で送
る。
【0013】次に本発明の作用を説明する。光源210
から照射されるビーム212が光センサ230の4分割
された受光面232に均等に受光されている場合には、
4つの受光部232A、232B、232C、232D
からは等しい電気信号が発せられる。光源210が軸
X、Yのいずれかの方向に移動すると、4つの受光部2
32A、232B、232C、232Dが受光する光量
のバランスが変化する。また、光源210がZ軸方向に
移動すると、前記4つの受光部に入射する光量の強度が
変化する。したがって、4つの受光部232A、232
B、232C、232Dから発生される電気信号が変化
するので、この信号を解析することにより光源210の
移動方向と移動量を検知することができる。3つの光セ
ンサユニットの信号を解析することにより、プローブ1
60の回転中心が求まり正確な検知が達成できる。
【0014】図4は、本装置を構成する電気回路のブロ
ック図である。光源210と光センサ230から構成さ
れる光センサユニット200は、円周を3等分して3個
のユニット200A、200B、200Cが配設され
る。第1の光センサユニット200Aにおいて、光源2
10は電源201により駆動され、LEDが発光する。
光源210と光センサ230が相対的にX、Y、Z方向
に移動すると、光センサ230の4分割された受光部の
受光量が変化し、発生する電流値が変化する。電気回路
250は、アンプ250Aを有し、4分割された受光部
の発生する各電流を電圧に変換し増幅する。増幅された
電圧a、b、c、dは演算回路250Bへ送られ、加
算、減算、除算が演算され、補正回路250Cでリニア
補正されて、X1、Y1、Z1のアナログデータとしてデ
ータ通信フォーマット変換器250Dへ送られる。同様
に、第2の光センサユニット200BからもX2、Y2
2のデータが得られ、第3の光センサユニット200
CからもX3、Y3、Z3のデータが得られる。データ通
信フォーマット交換器250Dは、アナログの各電圧を
データ通信用の規格、1例として、RS232C方式に
代表されるようなシリアルデータ伝送方式の規格、に変
換する機能を有する。通信用に変換されたデータは、ラ
イン260を介して送信部270へ送られ、電磁誘導方
式等により非接触にて本機側の受信部280へ伝達され
る。本機側へ伝達されたデータは、変位量演算処理部4
00で、X1〜X3、Y1〜Y3、Z1〜Z3の各データより
回転中心が求められ、X軸、Y軸、Z軸方向の実際の変
位量が演算される。この結果は、中央処理装置500へ
送られ、CNC制御に利用される。以上の機能を備えた
タッチセンサツール100を主軸20に装着してワーク
35を乗せたテーブル30との間の距離をNC制御し、
タッチセンサツールのプローブ160の先端部164を
ワーク35の表面に接触させる。プローブ160の先端
164がワーク表面に接触すると、光センサユニット2
00は、この接触を検知して信号を発する。タッチセン
サツールのプローブ160の長さ寸法や球状の接触子1
64の径寸法または外形寸法はパラメータとして与えら
れているので、NC装置は主軸20とワーク35の間の
距離を認識することができる。タッチセンサツール10
0をワーク35の各表面に接触させることにより、ワー
ク35の形状、寸法を計測することができる。計測は光
センサを使用するので、応答性が良く、高精度にかつ連
続的に実行される。ワークの形状、寸法を認識したNC
装置は、加工原点を自動的に設定して、自動加工をスタ
ートする。
【0015】
【発明の効果】本発明は以上のように、加工工作機械の
主軸に装着してテーブル上のワークに接触してワークの
形状、寸法を計測するタッチセンサツールにおいて、ツ
ールのシャンクにとりつけられるハウジングに対して、
ワークに接触するプローブの頭部に設ける円筒状のブロ
ックをスプリングを介してとりつけてある。そしてハウ
ジングとブロックとの間に光センサユニットをとりつけ
てプローブの動きを光学的に検知するように構成したも
のである。光センサユニットを使用したので、プローブ
がワークに接触したことを高精度かつ連続的に検知する
ことができる。制御装置はワークの形状、寸法を正確に
認識して自動加工を実行することができる。なお、本実
施例では、主軸にとりつけるツールにタッチセンサを内
蔵した装置を説明したが、他の形式のタッチセンサとし
ても応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す説明図。
【図2】図1のA−A断面図。
【図3】光センサユニットの説明図。
【図4】光センサユニットの電気回路図。
【図5】光センサユニットの電気回路図。
【図6】本発明を適用する加工工作機械の一例を示す斜
視図。
【図7】従来のタッチセンサツールの説明図。
【符号の説明】
1 加工工作機械 20 主軸 30 テーブル 35 ワーク 40 自動工具交換装置 50 工具マガジン 100 タッチセンサツール 110 シャンク 115 ツール本体 120 ハウジング 130 リング部材 135 スプリング 140 ブロック 160 プローブ 200 光センサユニット 210 光源 230 光センサ 232 4分割受光面

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加工機械に装備されて対象物に接触して
    対象物の形状、寸法を計測するタッチセンサツールであ
    って、ハウジングの内周側に配設されるプローブと、プ
    ローブをハウジングに対し常に基準位置に戻るように支
    持する弾性部材と、プローブとハウジングとの間に配設
    されてプローブの三次元の変位量を同時に光学的に検知
    する少なくとも1個の光センサユニットとを備えてなる
    タッチセンサツール。
  2. 【請求項2】 光センサユニットは、光源と、光源から
    の光を受光して電気信号に変換する4分割の受光部を有
    する光センサからなる請求項1記載のタッチセンサツー
    ル。
JP7321492A 1992-02-25 1992-02-25 タッチセンサツール Pending JPH05228799A (ja)

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JP7321492A JPH05228799A (ja) 1992-02-25 1992-02-25 タッチセンサツール

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Cited By (5)

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