JPH1110487A - 磁気軸受スピンドルを用いた位置検出装置 - Google Patents
磁気軸受スピンドルを用いた位置検出装置Info
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- JPH1110487A JPH1110487A JP17764597A JP17764597A JPH1110487A JP H1110487 A JPH1110487 A JP H1110487A JP 17764597 A JP17764597 A JP 17764597A JP 17764597 A JP17764597 A JP 17764597A JP H1110487 A JPH1110487 A JP H1110487A
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- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 6
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
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- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
- F16C2322/39—General buildup of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turning (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 同一の磁気軸受スピンドルを用いて加工及び
位置検出の双方が可能な磁気軸受スピンドルを用いた位
置検出装置を提供する。 【解決手段】 磁気軸受スピンドル２０をワーク３に向
けＸ−Ｙ座標方向に移動させる。そして、ワーク３の所
定の基準面（線）と工具３１を接触させる。このとき、
工具３１の瞬間の振れは、主軸１に伝わる。主軸１の瞬
間の振れは、抑止される様に半径方向電磁石２３に電流
が流される。このときの電流の変化を電流変化検出器３
５で検出する。位置算出器３７では、この電流変化を基
に、主軸１の移動距離や移動方向等から、工具３１がワ
ーク３と接した平面位置座標を算出する。また、Ｚ座標
方向も軸方向電磁石２７等により同様に算出する。
位置検出の双方が可能な磁気軸受スピンドルを用いた位
置検出装置を提供する。 【解決手段】 磁気軸受スピンドル２０をワーク３に向
けＸ−Ｙ座標方向に移動させる。そして、ワーク３の所
定の基準面（線）と工具３１を接触させる。このとき、
工具３１の瞬間の振れは、主軸１に伝わる。主軸１の瞬
間の振れは、抑止される様に半径方向電磁石２３に電流
が流される。このときの電流の変化を電流変化検出器３
５で検出する。位置算出器３７では、この電流変化を基
に、主軸１の移動距離や移動方向等から、工具３１がワ
ーク３と接した平面位置座標を算出する。また、Ｚ座標
方向も軸方向電磁石２７等により同様に算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気軸受スピンドル
を用いた位置検出装置に係わり、特に同一の磁気軸受ス
ピンドルを用いて加工及び位置検出の双方が可能な磁気
軸受スピンドルを用いた位置検出装置に関する。
を用いた位置検出装置に係わり、特に同一の磁気軸受ス
ピンドルを用いて加工及び位置検出の双方が可能な磁気
軸受スピンドルを用いた位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、図５に示すように、工作機械（マ
シニングセンタ）の主軸１とワーク３の基準面（線）の
相対位置関係を求めるため、別途タッチプローブ５を必
要としていた。タッチプローブ５は、プローブ５ａがワ
ーク３の各部と接することで、その接点のＸ−Ｙ座標、
若しくはＸ−Ｙ−Ｚ座標を表示するようになっている。
図５において、タッチプローブ５は主軸１の先端に取り
付けられている。そして、このタッチプローブ５を用い
てＸ−Ｙ座標位置を求めるには、プローブ５ａの側面が
ワーク３の基準面である側面に接することで抽出する。
また、Ｚ座標位置を求めるには、プローブ５ａの先端が
ワーク３の基準面である上面に接することで抽出する。
シニングセンタ）の主軸１とワーク３の基準面（線）の
相対位置関係を求めるため、別途タッチプローブ５を必
要としていた。タッチプローブ５は、プローブ５ａがワ
ーク３の各部と接することで、その接点のＸ−Ｙ座標、
若しくはＸ−Ｙ−Ｚ座標を表示するようになっている。
図５において、タッチプローブ５は主軸１の先端に取り
付けられている。そして、このタッチプローブ５を用い
てＸ−Ｙ座標位置を求めるには、プローブ５ａの側面が
ワーク３の基準面である側面に接することで抽出する。
また、Ｚ座標位置を求めるには、プローブ５ａの先端が
ワーク３の基準面である上面に接することで抽出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タッチ
プローブ５の長さは、実際に工作時に主軸１に取り付け
る保持部１１とツール１３を合わせた長さより長い。図
６に、保持部１１とツール１３を主軸１に取り付けたと
きの様子を示す。タッチプローブ５やツール１３を主軸
１に取り付ける際には、Ｘ−Ｙ座標方向に微妙な取り付
け誤差を生ずる。そして、この誤差は、タッチプローブ
５やツール１３の先端に行く程拡大される恐れがある。
また、仮に主軸１の取り付け元で保持部１１及びツール
１３とタッチプローブ５が同程度の取り付け誤差であっ
たとしても、このタッチプローブ５の先端におけるＸ−
Ｙ座標方向の誤差は、タッチプローブ５の長さが保持部
１１及びツール１３を主軸１に取り付けた長さより長い
分、先端に行く程誤差も大きい恐れがある。この先端で
誤差が拡大する様子を図５に示している。即ち、このと
き、タッチプローブ５により測定されたＸ−Ｙ座標位置
と、ツール１３による実際の加工位置とが異なってしま
う。更に、この微妙な取り付け誤差は、タッチプローブ
５の脱着の度に異なり、再現性に乏しく安定しない。ま
た、タッチプローブ５は、工作機械の他に別途電源や表
示ユニット７が必要である。更に、主軸１の回転角度に
より、このＸ−Ｙ座標方向の微妙な取り付け誤差は、異
なる恐れもある。本発明はこのような従来の課題に鑑み
てなされたもので、同一の磁気軸受スピンドルを用いて
加工及び位置検出の双方が可能な磁気軸受スピンドルを
用いた位置検出装置を提供することを目的とする。
プローブ５の長さは、実際に工作時に主軸１に取り付け
る保持部１１とツール１３を合わせた長さより長い。図
６に、保持部１１とツール１３を主軸１に取り付けたと
きの様子を示す。タッチプローブ５やツール１３を主軸
１に取り付ける際には、Ｘ−Ｙ座標方向に微妙な取り付
け誤差を生ずる。そして、この誤差は、タッチプローブ
５やツール１３の先端に行く程拡大される恐れがある。
また、仮に主軸１の取り付け元で保持部１１及びツール
１３とタッチプローブ５が同程度の取り付け誤差であっ
たとしても、このタッチプローブ５の先端におけるＸ−
Ｙ座標方向の誤差は、タッチプローブ５の長さが保持部
１１及びツール１３を主軸１に取り付けた長さより長い
分、先端に行く程誤差も大きい恐れがある。この先端で
誤差が拡大する様子を図５に示している。即ち、このと
き、タッチプローブ５により測定されたＸ−Ｙ座標位置
と、ツール１３による実際の加工位置とが異なってしま
う。更に、この微妙な取り付け誤差は、タッチプローブ
５の脱着の度に異なり、再現性に乏しく安定しない。ま
た、タッチプローブ５は、工作機械の他に別途電源や表
示ユニット７が必要である。更に、主軸１の回転角度に
より、このＸ−Ｙ座標方向の微妙な取り付け誤差は、異
なる恐れもある。本発明はこのような従来の課題に鑑み
てなされたもので、同一の磁気軸受スピンドルを用いて
加工及び位置検出の双方が可能な磁気軸受スピンドルを
用いた位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、主軸
の半径方向の位置を制御する少なくとも一組の半径方向
電磁石と、前記主軸の軸方向の位置を制御する軸方向電
磁石と、前記主軸の先端に取り付けられた工具を備え、
空間位置座標上を移動自在若しくは所定位置に固定され
た磁気軸受スピンドルと、該磁気軸受スピンドルにより
加工されるワークと、該ワークを移動及び／又は所定位
置に固定する移動手段と、該移動手段若しくは前記磁気
軸受スピンドルによる移動により、前記工具が前記ワー
クと接するときの前記半径方向電磁石及び前記軸方向電
磁石の少なくとも一つの電磁石の電流変化を検出する電
流変化検出手段と、該電流変化検出手段により検出され
た電流変化を基に前記工具が前記ワークと接した空間位
置座標若しくは平面位置座標を算出する位置算出手段を
備えて構成した。磁気軸受スピンドルは、主軸を空中に
磁気浮上させた状態で静止させている。磁気軸受スピン
ドルは、主軸の半径方向の位置を制御するため、半径方
向電磁石を備えている。半径方向電磁石は、３軸制御磁
気軸受の場合には一組配設し、また５軸制御磁気軸受の
場合には軸方向に二組配設する。本発明は、半径方向電
磁石の組数にかかわらず適用可能である。また、主軸の
軸方向の位置を制御するため、軸方向電磁石を備えてい
る。主軸の先端には、工具が取り付けられる。磁気軸受
スピンドルは、空間位置座標上を移動自在であるか若し
くは所定位置に固定されている。一方、ワークは移動手
段により移動及び／又は所定位置に固定される。移動手
段はテーブルやロボット等ワークを移動や固定出来る全
ての手段をいう。移動手段はテーブルの場合には、テー
ブルに載置された状態で移動され、その後に固定される
か、若しくは予め所定位置に固定されている。このワー
クは磁気軸受スピンドルにより加工される。加工に際し
ては、ワークの置かれた位置を初期設定若しくは適宜確
認等する必要がある。ワークの置かれた位置を検出する
ため、主軸の先端に取り付けられた工具側が移動及び／
又はワーク側が移動手段により移動され、工具とワーク
が接する。電流変化検出手段では、工具とワークが接し
たときに生ずる半径方向電磁石や軸方向電磁石の電流変
化を検出する。基本的には、Ｘ−Ｙ座標方向の電流変化
は、半径方向電磁石で検出し、Ｚ座標方向の電流変化
は、軸方向電磁石で検出するのが効率がよい。しかし、
効率を考慮しなければ、Ｘ−Ｙ座標方向の電流変化を軸
方向電磁石で検出し、Ｚ座標方向の電流変化を半径方向
電磁石で検出してもよい。半径方向電磁石の組数が複数
存在する場合には、その内の一組の電磁石により電流変
化を検出すればよいが、電流変化をより敏感に抽出する
ためには、ワークにより近い側の半径方向電磁石で検出
するのが望ましい。そして、位置算出手段では、この検
出された電流変化を基に、工具側及び／又はワーク側の
移動距離や移動方向等から、工具がワークと接した空間
位置座標若しくは平面位置座標を算出する。工具は刃先
以外に円柱部分を所定長有すれば、その円柱部分をワー
クと接することにすればＸ−Ｙ座標方向の精度を確保出
来る。このとき、位置設定又は位置確認後に連続して加
工作業に入ることが出来る。また、工具は位置設定又は
位置確認時のみに、実際の加工作業に使用する刃物と長
さ及び径を同一にした刃先を全く有さない円柱とするこ
とも出来る。この場合、円柱のいずれの箇所にワークを
接触させても、精度良く位置の測定が可能である。この
ように、工具はワークの形状や大きさに応じて変更すれ
ばよい。以上により、磁気軸受スピンドル及び既存のコ
ンピュータソフトの改造で簡単に、かつ安価に位置設定
等を行うことが出来る。特別な電源や装置は不要であ
る。また、加工作業と連動することも出来る。更に、空
間座標位置等の確認後に、コンピュータ側にその読み取
り値を手動で設定し直す等の煩わしさが無くなる。ま
た、工具は加工時に使用のものか、又はこれと長さ及び
径を同一のものにしているので、工具の脱着に伴う誤差
の影響は極力小さく抑えることが出来る。
の半径方向の位置を制御する少なくとも一組の半径方向
電磁石と、前記主軸の軸方向の位置を制御する軸方向電
磁石と、前記主軸の先端に取り付けられた工具を備え、
空間位置座標上を移動自在若しくは所定位置に固定され
た磁気軸受スピンドルと、該磁気軸受スピンドルにより
加工されるワークと、該ワークを移動及び／又は所定位
置に固定する移動手段と、該移動手段若しくは前記磁気
軸受スピンドルによる移動により、前記工具が前記ワー
クと接するときの前記半径方向電磁石及び前記軸方向電
磁石の少なくとも一つの電磁石の電流変化を検出する電
流変化検出手段と、該電流変化検出手段により検出され
た電流変化を基に前記工具が前記ワークと接した空間位
置座標若しくは平面位置座標を算出する位置算出手段を
備えて構成した。磁気軸受スピンドルは、主軸を空中に
磁気浮上させた状態で静止させている。磁気軸受スピン
ドルは、主軸の半径方向の位置を制御するため、半径方
向電磁石を備えている。半径方向電磁石は、３軸制御磁
気軸受の場合には一組配設し、また５軸制御磁気軸受の
場合には軸方向に二組配設する。本発明は、半径方向電
磁石の組数にかかわらず適用可能である。また、主軸の
軸方向の位置を制御するため、軸方向電磁石を備えてい
る。主軸の先端には、工具が取り付けられる。磁気軸受
スピンドルは、空間位置座標上を移動自在であるか若し
くは所定位置に固定されている。一方、ワークは移動手
段により移動及び／又は所定位置に固定される。移動手
段はテーブルやロボット等ワークを移動や固定出来る全
ての手段をいう。移動手段はテーブルの場合には、テー
ブルに載置された状態で移動され、その後に固定される
か、若しくは予め所定位置に固定されている。このワー
クは磁気軸受スピンドルにより加工される。加工に際し
ては、ワークの置かれた位置を初期設定若しくは適宜確
認等する必要がある。ワークの置かれた位置を検出する
ため、主軸の先端に取り付けられた工具側が移動及び／
又はワーク側が移動手段により移動され、工具とワーク
が接する。電流変化検出手段では、工具とワークが接し
たときに生ずる半径方向電磁石や軸方向電磁石の電流変
化を検出する。基本的には、Ｘ−Ｙ座標方向の電流変化
は、半径方向電磁石で検出し、Ｚ座標方向の電流変化
は、軸方向電磁石で検出するのが効率がよい。しかし、
効率を考慮しなければ、Ｘ−Ｙ座標方向の電流変化を軸
方向電磁石で検出し、Ｚ座標方向の電流変化を半径方向
電磁石で検出してもよい。半径方向電磁石の組数が複数
存在する場合には、その内の一組の電磁石により電流変
化を検出すればよいが、電流変化をより敏感に抽出する
ためには、ワークにより近い側の半径方向電磁石で検出
するのが望ましい。そして、位置算出手段では、この検
出された電流変化を基に、工具側及び／又はワーク側の
移動距離や移動方向等から、工具がワークと接した空間
位置座標若しくは平面位置座標を算出する。工具は刃先
以外に円柱部分を所定長有すれば、その円柱部分をワー
クと接することにすればＸ−Ｙ座標方向の精度を確保出
来る。このとき、位置設定又は位置確認後に連続して加
工作業に入ることが出来る。また、工具は位置設定又は
位置確認時のみに、実際の加工作業に使用する刃物と長
さ及び径を同一にした刃先を全く有さない円柱とするこ
とも出来る。この場合、円柱のいずれの箇所にワークを
接触させても、精度良く位置の測定が可能である。この
ように、工具はワークの形状や大きさに応じて変更すれ
ばよい。以上により、磁気軸受スピンドル及び既存のコ
ンピュータソフトの改造で簡単に、かつ安価に位置設定
等を行うことが出来る。特別な電源や装置は不要であ
る。また、加工作業と連動することも出来る。更に、空
間座標位置等の確認後に、コンピュータ側にその読み取
り値を手動で設定し直す等の煩わしさが無くなる。ま
た、工具は加工時に使用のものか、又はこれと長さ及び
径を同一のものにしているので、工具の脱着に伴う誤差
の影響は極力小さく抑えることが出来る。
【０００５】また、本発明は、前記位置算出手段による
平面位置座標の算出は、前記主軸を等回転角度ずつ複数
回で一回転になるように回転させ、各回毎に算出した平
面位置座標の平均値を平面位置座標とすることを特徴と
する。工具を主軸に取り付ける際には、Ｘ−Ｙ座標方向
の微妙な取り付け誤差を生じている。また、この取り付
け誤差は、工具の脱着の度に異なる可能性もある。更
に、磁気軸受スピンドル固有に存在する誤差等も存在す
る。このため、主軸の回転角度が任意の一角度のみで位
置検出することは、主軸の偏りによる影響を受けやすく
なる。そこで、平面位置座標の算出は、主軸を等回転角
度ずつ複数回で一回転になるように回転させ、各回毎に
算出した平面位置座標の平均をとるようにする。上述し
た影響を無くすためには、理想的には、一回転を３回以
上に分けて位置検出を行うのが望ましい。
平面位置座標の算出は、前記主軸を等回転角度ずつ複数
回で一回転になるように回転させ、各回毎に算出した平
面位置座標の平均値を平面位置座標とすることを特徴と
する。工具を主軸に取り付ける際には、Ｘ−Ｙ座標方向
の微妙な取り付け誤差を生じている。また、この取り付
け誤差は、工具の脱着の度に異なる可能性もある。更
に、磁気軸受スピンドル固有に存在する誤差等も存在す
る。このため、主軸の回転角度が任意の一角度のみで位
置検出することは、主軸の偏りによる影響を受けやすく
なる。そこで、平面位置座標の算出は、主軸を等回転角
度ずつ複数回で一回転になるように回転させ、各回毎に
算出した平面位置座標の平均をとるようにする。上述し
た影響を無くすためには、理想的には、一回転を３回以
上に分けて位置検出を行うのが望ましい。
【０００６】更に、本発明は、前記電流変化検出手段
は、前記半径方向電磁石及び前記軸方向電磁石の少なく
とも一つの電磁石の電流変化の検出が、等倍の増幅率で
も行えるように前記電磁石に印加するバイアス電流は定
格バイアス電流より小さくしたことを特徴とする。半径
方向電磁石や軸方向電磁石による電流変化の検出は、こ
れらの電磁石に印加するバイアス電流を定格バイアス電
流より小さくすれば、軸受の剛性が弱くなる分感度を上
げることが出来る。検出された電流変化が雑音と完全に
区別され、電流変化検出手段による閾値との比較が出来
る程度の大きさであれば、特別な増幅器は不要である。
従って、増幅器の不要な分、回路的にも簡単に、省スペ
ースで安価に構成出来る。
は、前記半径方向電磁石及び前記軸方向電磁石の少なく
とも一つの電磁石の電流変化の検出が、等倍の増幅率で
も行えるように前記電磁石に印加するバイアス電流は定
格バイアス電流より小さくしたことを特徴とする。半径
方向電磁石や軸方向電磁石による電流変化の検出は、こ
れらの電磁石に印加するバイアス電流を定格バイアス電
流より小さくすれば、軸受の剛性が弱くなる分感度を上
げることが出来る。検出された電流変化が雑音と完全に
区別され、電流変化検出手段による閾値との比較が出来
る程度の大きさであれば、特別な増幅器は不要である。
従って、増幅器の不要な分、回路的にも簡単に、省スペ
ースで安価に構成出来る。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の実施形態を示す図１におい
て、磁気軸受スピンドル２０は、５軸制御磁気軸受であ
り、上側に半径方向電磁石２１と下側に半径方向電磁石
２３を備えている。半径方向電磁石２１は、主軸１の上
側の半径方向位置を制御するようになっている。また、
半径方向電磁石２３は、主軸１の下側の半径方向位置を
制御するようになっている。主軸１には、金属ディスク
２５が固定されている。そして、軸方向電磁石２７が金
属ディスク２５を吸引することにより、軸方向位置を制
御するようになっている。主軸１は半径方向電磁石２
１、半径方向電磁石２３及び軸方向電磁石２７により空
中に磁気浮上した状態で、図示しない高周波モータ２９
により回転駆動されるようになっている。図２（Ａ）に
示すように、主軸１の先端部には工具３１が取り付けら
れている。工具３１は、実際の加工作業に使用する刃物
と長さ及び径を同一にした刃先を全く有さない円柱であ
る。磁気軸受スピンドル２０は、空間位置座標上を移動
自在になっている。ワーク３はテーブル３３に載置さ
れ、所定位置に固定されている。電流変化検出器３５
は、主軸１を回転させない状態のときに、工具３１がワ
ーク３と接触する際に生ずる半径方向電磁石２３に現れ
る電流変化を検出するようになっている。また、電流変
化検出器４５は、主軸１を回転させない状態のときに、
工具３１がワーク３と接触する際に生ずる軸方向電磁石
２７に現れる電流変化を検出するようになっている。電
流変化検出器３５及び電流変化検出器４５は、電流変化
検出手段に相当する。位置算出器３７は、電流変化検出
器３５及び電流変化検出器４５で検出された電流変化を
基に、主軸１の移動距離や移動方向等から、工具３１が
ワーク３と接した空間位置座標若しくは平面位置座標を
算出するもので、位置算出手段に相当する。
基づいて説明する。本発明の実施形態を示す図１におい
て、磁気軸受スピンドル２０は、５軸制御磁気軸受であ
り、上側に半径方向電磁石２１と下側に半径方向電磁石
２３を備えている。半径方向電磁石２１は、主軸１の上
側の半径方向位置を制御するようになっている。また、
半径方向電磁石２３は、主軸１の下側の半径方向位置を
制御するようになっている。主軸１には、金属ディスク
２５が固定されている。そして、軸方向電磁石２７が金
属ディスク２５を吸引することにより、軸方向位置を制
御するようになっている。主軸１は半径方向電磁石２
１、半径方向電磁石２３及び軸方向電磁石２７により空
中に磁気浮上した状態で、図示しない高周波モータ２９
により回転駆動されるようになっている。図２（Ａ）に
示すように、主軸１の先端部には工具３１が取り付けら
れている。工具３１は、実際の加工作業に使用する刃物
と長さ及び径を同一にした刃先を全く有さない円柱であ
る。磁気軸受スピンドル２０は、空間位置座標上を移動
自在になっている。ワーク３はテーブル３３に載置さ
れ、所定位置に固定されている。電流変化検出器３５
は、主軸１を回転させない状態のときに、工具３１がワ
ーク３と接触する際に生ずる半径方向電磁石２３に現れ
る電流変化を検出するようになっている。また、電流変
化検出器４５は、主軸１を回転させない状態のときに、
工具３１がワーク３と接触する際に生ずる軸方向電磁石
２７に現れる電流変化を検出するようになっている。電
流変化検出器３５及び電流変化検出器４５は、電流変化
検出手段に相当する。位置算出器３７は、電流変化検出
器３５及び電流変化検出器４５で検出された電流変化を
基に、主軸１の移動距離や移動方向等から、工具３１が
ワーク３と接した空間位置座標若しくは平面位置座標を
算出するもので、位置算出手段に相当する。
【０００８】次に動作を説明する。図１において、磁気
軸受スピンドル２０は、半径方向電磁石２１、半径方向
電磁石２３及び軸方向電磁石２７に所定のバイアス電流
を流すことで、主軸１を空中に磁気浮上させている。ま
た、高周波モータ２９は動作しておらず、主軸１は回転
せずに静止している。この状態で図２（Ａ）、図２
（Ｂ）に示すように、磁気軸受スピンドル２０をワーク
３に向けＸ−Ｙ座標方向に移動させる。そして、ワーク
３の所定の基準面（線）と工具３１を接触させる（図２
（Ｂ））。このとき、工具３１の瞬間の振れは、主軸１
に伝わる。主軸１の瞬間の振れは、抑止される様に半径
方向電磁石２３に電流が流される。このときの電流の変
化を図２（Ｃ）に示す。電流変化検出器３５では、この
電流の変化を検出する。電流の変化は雑音と区別するた
め、所定の閾値以上で判別する。
軸受スピンドル２０は、半径方向電磁石２１、半径方向
電磁石２３及び軸方向電磁石２７に所定のバイアス電流
を流すことで、主軸１を空中に磁気浮上させている。ま
た、高周波モータ２９は動作しておらず、主軸１は回転
せずに静止している。この状態で図２（Ａ）、図２
（Ｂ）に示すように、磁気軸受スピンドル２０をワーク
３に向けＸ−Ｙ座標方向に移動させる。そして、ワーク
３の所定の基準面（線）と工具３１を接触させる（図２
（Ｂ））。このとき、工具３１の瞬間の振れは、主軸１
に伝わる。主軸１の瞬間の振れは、抑止される様に半径
方向電磁石２３に電流が流される。このときの電流の変
化を図２（Ｃ）に示す。電流変化検出器３５では、この
電流の変化を検出する。電流の変化は雑音と区別するた
め、所定の閾値以上で判別する。
【０００９】一方、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すよう
に、磁気軸受スピンドル２０をワーク３に向けＺ座標方
向に移動させる。そして、ワーク３の所定の基準面
（線）と工具３１を接触させる（図３（Ｂ））。このと
き、工具３１の瞬間の振れは、主軸１に伝わる。主軸１
の瞬間の振れは、抑止される様に軸方向電磁石２７に電
流が流される。このときの電流の変化を図３（Ｃ）に示
す。電流変化検出器４５では、この電流の変化を検出す
る。電流の変化は雑音と区別するため、所定の閾値以上
で判別する。位置算出器３７では、電流変化検出器３５
及び電流変化検出器４５で検出された電流変化を基に、
主軸１の移動距離や移動方向等から、工具３１がワーク
３と接した空間位置座標若しくは平面位置座標を算出す
る。半径方向電磁石２３や軸方向電磁石２７の電流変化
は、磁気軸受の剛性の強弱により大きさが変動する。例
えば、磁気軸受の剛性を磁気軸受スピンドル２０の定格
通りに設定しておくと、閾値との関係如何によっては、
電流の変化を検出するのに図示しない増幅器３６が必要
となる場合がある。しかし、磁気軸受の剛性を弱くすれ
ば、増幅器３６を用いずに電流の変化が検出可能とな
る。磁気軸受の剛性を弱くするには、Ｘ−Ｙ座標方向と
Ｚ座標方向を独立して行うことが出来る。半径方向電磁
石２３のバイアス電流を下げることによりＸ−Ｙ座標方
向の剛性を弱く出来、また軸方向電磁石２７のバイアス
電流を下げることによりＺ座標方向の剛性を弱く出来
る。従って、増幅器３６の不要な分、回路的にも簡単
に、省スペースで安価に構成出来る。
に、磁気軸受スピンドル２０をワーク３に向けＺ座標方
向に移動させる。そして、ワーク３の所定の基準面
（線）と工具３１を接触させる（図３（Ｂ））。このと
き、工具３１の瞬間の振れは、主軸１に伝わる。主軸１
の瞬間の振れは、抑止される様に軸方向電磁石２７に電
流が流される。このときの電流の変化を図３（Ｃ）に示
す。電流変化検出器４５では、この電流の変化を検出す
る。電流の変化は雑音と区別するため、所定の閾値以上
で判別する。位置算出器３７では、電流変化検出器３５
及び電流変化検出器４５で検出された電流変化を基に、
主軸１の移動距離や移動方向等から、工具３１がワーク
３と接した空間位置座標若しくは平面位置座標を算出す
る。半径方向電磁石２３や軸方向電磁石２７の電流変化
は、磁気軸受の剛性の強弱により大きさが変動する。例
えば、磁気軸受の剛性を磁気軸受スピンドル２０の定格
通りに設定しておくと、閾値との関係如何によっては、
電流の変化を検出するのに図示しない増幅器３６が必要
となる場合がある。しかし、磁気軸受の剛性を弱くすれ
ば、増幅器３６を用いずに電流の変化が検出可能とな
る。磁気軸受の剛性を弱くするには、Ｘ−Ｙ座標方向と
Ｚ座標方向を独立して行うことが出来る。半径方向電磁
石２３のバイアス電流を下げることによりＸ−Ｙ座標方
向の剛性を弱く出来、また軸方向電磁石２７のバイアス
電流を下げることによりＺ座標方向の剛性を弱く出来
る。従って、増幅器３６の不要な分、回路的にも簡単
に、省スペースで安価に構成出来る。
【００１０】なお、工具３１は、実際の加工作業に使用
する刃物と長さ及び径を同一にした刃先を全く有さない
円柱とする。これは、実際に刃物がワーク３と接触する
ときの空間位置座標等を正確に把握するためである。し
かし、工具３１が、刃物の部分以外に円柱部分も有する
場合には工具３１として、そのままこの刃物を使用して
もよい。但し、空間位置座標等を正確に把握するため、
工具３１の円柱部分を位置測定時に使用する。このとき
には、位置設定又は位置確認後に連続して加工作業に入
ることが出来る。このように、同一の磁気軸受スピンド
ル２０を用いて加工及び位置測定をすることが出来る。
する刃物と長さ及び径を同一にした刃先を全く有さない
円柱とする。これは、実際に刃物がワーク３と接触する
ときの空間位置座標等を正確に把握するためである。し
かし、工具３１が、刃物の部分以外に円柱部分も有する
場合には工具３１として、そのままこの刃物を使用して
もよい。但し、空間位置座標等を正確に把握するため、
工具３１の円柱部分を位置測定時に使用する。このとき
には、位置設定又は位置確認後に連続して加工作業に入
ることが出来る。このように、同一の磁気軸受スピンド
ル２０を用いて加工及び位置測定をすることが出来る。
【００１１】また、工具３１を主軸１に取り付ける際に
は、Ｘ−Ｙ座標方向の微妙な取り付け誤差等を生ずる。
このため、主軸１の回転角度が任意の一角度のみで位置
検出することは、主軸１の偏りによる影響を受けやすく
なる。そこで、図４に示すように、平面位置座標の算出
は、例えば主軸１を等回転角度（１２０度）ずつ３回で
一回転になるように回転させ、各回毎にワーク３と接触
させて平面位置座標を算出する（図４中のＣ１，Ｃ２，
Ｃ３の３点）。そして、算出した平面位置座標の平均を
とり、この平均値を平面位置座標とする。このことによ
り、主軸１の偏りによる平面位置座標への影響を極力抑
えることが出来る。
は、Ｘ−Ｙ座標方向の微妙な取り付け誤差等を生ずる。
このため、主軸１の回転角度が任意の一角度のみで位置
検出することは、主軸１の偏りによる影響を受けやすく
なる。そこで、図４に示すように、平面位置座標の算出
は、例えば主軸１を等回転角度（１２０度）ずつ３回で
一回転になるように回転させ、各回毎にワーク３と接触
させて平面位置座標を算出する（図４中のＣ１，Ｃ２，
Ｃ３の３点）。そして、算出した平面位置座標の平均を
とり、この平均値を平面位置座標とする。このことによ
り、主軸１の偏りによる平面位置座標への影響を極力抑
えることが出来る。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
気軸受スピンドルの主軸の先端に取り付けられた工具が
ワークと接するときの半径方向電磁石等の電流変化を検
出することで、工具がワークと接した空間位置座標等を
算出するように構成したので、磁気軸受スピンドル及び
既存のコンピュータソフトの改造で簡単に、かつ安価に
位置設定等を行うことが出来る。
気軸受スピンドルの主軸の先端に取り付けられた工具が
ワークと接するときの半径方向電磁石等の電流変化を検
出することで、工具がワークと接した空間位置座標等を
算出するように構成したので、磁気軸受スピンドル及び
既存のコンピュータソフトの改造で簡単に、かつ安価に
位置設定等を行うことが出来る。
【００１３】
【図１】 本発明の実施形態を示す構成図
【図２】 工具がワークと水平に接するときの様子を示
す図
す図
【図３】 工具がワークと垂直に接するときの様子を示
す図
す図
【図４】 平面位置座標の算出方法を示す図
【図５】 工作機械の主軸とワークの相対位置関係を求
めるため、別途タッチプローブを必要としたときの様子
を示す図
めるため、別途タッチプローブを必要としたときの様子
を示す図
【図６】 保持部とツールを主軸に取り付けたときの様
子を示す図
子を示す図
１ 主軸 ３ ワーク ２０ 磁気軸受スピンドル ２１ 半径方向電磁石（上側） ２３ 半径方向電磁石（下側） ２７ 軸方向電磁石 ３１ 工具 ３３ テーブル ３５、４５ 電流変化検出器 ３７ 位置算出器
Claims (3)
- 【請求項１】 主軸の半径方向の位置を制御する少なく
とも一組の半径方向電磁石と、前記主軸の軸方向の位置
を制御する軸方向電磁石と、前記主軸の先端に取り付け
られた工具を備え、空間位置座標上を移動自在若しくは
所定位置に固定された磁気軸受スピンドルと、該磁気軸
受スピンドルにより加工されるワークと、該ワークを移
動及び／又は所定位置に固定する移動手段と、該移動手
段若しくは前記磁気軸受スピンドルによる移動により、
前記工具が前記ワークと接するときの前記半径方向電磁
石及び前記軸方向電磁石の少なくとも一つの電磁石の電
流変化を検出する電流変化検出手段と、該電流変化検出
手段により検出された電流変化を基に前記工具が前記ワ
ークと接した空間位置座標若しくは平面位置座標を算出
する位置算出手段を備えたことを特徴とする磁気軸受ス
ピンドルを用いた位置検出装置。 - 【請求項２】 前記位置算出手段による平面位置座標の
算出は、前記主軸を等回転角度ずつ複数回で一回転にな
るように回転させ、各回毎に算出した平面位置座標の平
均値を平面位置座標とすることを特徴とする請求項１記
載の磁気軸受スピンドルを用いた位置検出装置。 - 【請求項３】 前記電流変化検出手段は、前記半径方向
電磁石及び前記軸方向電磁石の少なくとも一つの電磁石
の電流変化の検出が、等倍の増幅率でも行えるように前
記電磁石に印加するバイアス電流は定格バイアス電流よ
り小さくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記
載の磁気軸受スピンドルを用いた位置検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17764597A JPH1110487A (ja) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | 磁気軸受スピンドルを用いた位置検出装置 |
| PCT/JP1998/002730 WO1998057776A1 (fr) | 1997-06-18 | 1998-06-18 | Detecteur de position utilisant un palpeur a palier magnetique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17764597A JPH1110487A (ja) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | 磁気軸受スピンドルを用いた位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1110487A true JPH1110487A (ja) | 1999-01-19 |
Family
ID=16034624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17764597A Pending JPH1110487A (ja) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | 磁気軸受スピンドルを用いた位置検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1110487A (ja) |
| WO (1) | WO1998057776A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006003761A1 (de) * | 2006-01-25 | 2007-07-26 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung von Eigenschaften eines Werkzeugelementes |
| WO2020174585A1 (ja) * | 2019-02-26 | 2020-09-03 | 国立大学法人東海国立大学機構 | 切削装置および接触位置特定プログラム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6166541A (ja) * | 1984-09-08 | 1986-04-05 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 制御式ラジアル磁気軸受装置 |
| JPH08350B2 (ja) * | 1986-07-16 | 1996-01-10 | 株式会社フア−スト技研 | 工作機械におけるワ−ク等の原点設定方法 |
| JP2819129B2 (ja) * | 1988-03-30 | 1998-10-30 | セイコー精機株式会社 | 接触位置検出装置および該装置を用いた工作機械 |
-
1997
- 1997-06-18 JP JP17764597A patent/JPH1110487A/ja active Pending
-
1998
- 1998-06-18 WO PCT/JP1998/002730 patent/WO1998057776A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1998057776A1 (fr) | 1998-12-23 |
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