JPH11851A - 工具切損検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】数値制御装置への工具長の転送をなくして短時
間で工具の切損を検知する。 【解決手段】数値制御装置６により制御されるマシニン
グセンタ１に装着されて使用される工具切損検知装置１
２において、工具切損検知装置は当該工作機械の数値制
御装置６に接続される通信回線２６を有しており、工作
機械の主軸４に装着されて加工に使用される前後の工具
の工具長ＴＬをそれぞれ測定する工具長測定手段を設
け、該工具長測定手段で測定された加工に使用される前
後の工具長から、加工の前後における工具長の差を演算
し、当該工具長の差が所定値以上の場合に切損信号Ｓ４
などを出力する切損判定部２０を設け、該切損判部から
出力される切損信号を前記通信回線に出力する通信制御
部２１を設けて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マシニングセンタなど
の工作機械の数値制御装置を介することなく、工具切損
を迅速に検知することの出来る工具切損検知装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の検知装置としては、加工
エリア外の自動工具交換装置部分に、工具長を測定する
測長器を設けておき、工具交換の時間を利用して、自動
工具交換装置に工具を装着した状態で次の加工に使用す
べき（または、使用の終了した工具でも同様。以下、次
の加工に使用する工具の切損を判定する場合についての
み述べる。）工具の工具長を測定し、当該測定した測定
値を工作機械の数値制御装置に転送して、数値制御装置
内の工具データメモリに格納された工具データと比較
し、測定値が数値制御装置内の工具データメモリに格納
された当該工具の工具長と一致しない場合には、切損し
たものと判定していた。

【０００３】通常、測長器による測定自体はそれほどの
時間を要さないが、当該測長器によって測定された測定
値を数値制御装置に転送して、更に工具データ内の対応
する工具の工具長と比較判定するプロセスに、通常１０
秒以上の時間を必要としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この場合、工作機械側
の加工エリアで行なっている他の工具による加工が、１
０秒以上かかる加工の場合はなんら問題はないが、１０
秒以内で終わる短い加工の場合、工作機械側では加工の
終了した工具を次に使用する、現在工具長の計測中の工
具と交換する必要があることから、数値制御装置による
工具切損判定の結果が出るまで待機状態となり、無駄な
非切削時間が発生していた。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑み、工具切損を迅
速に検知することが出来、無駄な非切削時間の発生を極
力防止することの可能な工具切損検知装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の内、請求
項１の発明は、数値制御装置（６）により制御される工
作機械（１）に装着されて使用される工具切損検知装置
（１２）において、前記工具切損検知装置は当該工作機
械の数値制御装置（６）に接続される通信回線（２６）
を有しており、前記工作機械の主軸（４）に装着されて
加工に使用される前後の工具の工具長対応寸法（ＴＬ、
ＴＬＭ、ＴＬＭＡ）をそれぞれ測定する工具長測定手段
（１３、１５、２２、２５）を設け、該工具長測定手段
で測定された加工に使用される前後の工具長対応寸法か
ら、加工の前後における工具長の差を演算し、当該工具
長の差が所定値以上の場合に切損信号（Ｓ４）を出力す
る切損判定手段（２０）を設け、該切損判定手段から出
力される切損信号を前記通信回線に出力する外部通信手
段（２１）を設けて構成される。

【０００７】また、本発明の内、請求項２の発明は、工
具長測定手段は、検出光射出装置（１５ａ、１５ｂ）が
設けられたセンサヘッド（１５）を有し、該センサヘッ
ド（１５）を往復駆動装置（１３）によって往復駆動自
在に設け、前記検出光射出装置から射出される検出光
（１５ｃ）が遮断された際の前記射出光の基準位置から
の位置を検出する射出光位置検出手段（１６）を設け、
該射出光位置検出手段により検出された前記検出光（１
５ｃ）が遮断された際の前記射出光の基準位置からの位
置に基づいて前記工具長対応寸法を演算する工具長計測
制御部（２５）から構成される。なお、括弧内の番号等
は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであ
り、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるも
のではない。以下の「作用」の欄についても同様であ
る。

【０００８】

【作用】上記した構成により、本発明のうち請求項１の
発明は、工具（１０）の使用前後の工具長対応寸法（Ｔ
Ｌ、ＴＬＭ、ＴＬＭＡ）を比較して、工具の切損を検知
判定するように作用する。請求項２の発明は、工具の工
具長対応寸法を非接触で測定するように作用する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は工具切損検知装置の一例を示すブロック図、
図２はマシニングセンタの一例を示す斜視図、図３は工
具切損検知装置のセンサ部分の詳細を示す図である。

【００１０】マシニングセンタ１は、図２に示すよう
に、機体２を有しており、機体２の外周部はカバー３で
被覆されている。機体２の図中前方には、ワークの加工
を行なう、カバー３で被覆された加工エリアＡＲＡが形
成されており、加工エリア内には、図示しないワークを
搭載するテーブル５が設けられている。テーブル５は、
図示しない駆動装置により水平方向である矢印Ｃ、Ｄ方
向に移動駆動自在となっており、テーブル５の図中上方
には主軸４が、矢印Ｃ、Ｄ方向に直角な水平方向である
矢印Ａ、Ｂ方向及び垂直方向である矢印Ｅ、Ｆ方向に移
動駆動自在に設けられている。

【００１１】機体２の後方には、数値制御装置６を内蔵
した制御ボックス３ａが設けられており、制御ボックス
３ａには数値制御装置６を構成する操作盤６ａが設けら
れている。加工エリアＡＲＡの後方には多数の工具を収
納した工具マガジン７が設けられており、工具マガジン
７の前方には工具マガジン７と主軸４との間で工具交換
を行なう公知の自動工具交換装置９が設けられている。

【００１２】自動工具交換装置９は、図１に示すよう
に、ロッド９ａを有しており、ロッド９ａの先端にはア
ーム９ｂが設けられている。アーム９ｂの両側には、グ
リッパ９ｃ、９ｃがマシニングセンタ１で使用する工具
１０を把持開放自在に設けられており、アーム９ｂの図
１矢印Ｄ側には、工具マガジン７とアーム９ｂとの間で
工具のやり取りを行なうシフタ１１が、矢印Ｅ、Ｆ方
向、即ち上下方向に移動駆動自在に設けられている

【００１３】自動工具交換装置９の図１上部には、工具
切損検知装置１２が設けられており、工具切損検知装置
１２は、エアシリンダ１３を有している。エアシリンダ
１３には、図１に示すように、ロッド１３ａが矢印Ｃ、
Ｄ方向に突出駆動自在に設けられており、ロッド１３ａ
の先端にはセンサヘッド１５がガイドレール１４を介し
て移動自在に設けられている。センサヘッド１５は、図
３に示すように、発光部１５及び受光部１５ｂを有して
おり、発光部１５から検出光１５ｃを受光部１５ｂに向
けて射出することが出来る。センサヘッド１５の、図３
下方には、リニアスケール１６が矢印Ｃ、Ｄ方向に沿っ
て設けられており、センサヘッド１５には、図３に示す
ように、リニアスケール１６の読み取りヘッド１６ａが
固着されている。

【００１４】工具切損検知装置１２は、図１に示すよう
に、主制御部１７を有しており、主制御部１７にはバス
線１９を介して切損判定部２０、通信制御部２１、セン
サ駆動制御部２２、工具長メモリ２３及び工具長計測制
御部２５が接続している。通信制御部２１には、前述の
数値制御装置６が通信回線２６を介して接続している。

【００１５】マシニングセンタ１は以上のような構成を
有するので、マシニングセンタ１により加工を行なう場
合には、数値制御装置６の指令により、工具マガジン７
から所定の工具１０をシフタ１１により取り出し、自動
工具交換装置９のアーム９ｂのグリッパ９ｃに供給し、
当該工具１０を供給された自動工具交換装置９は、加工
エリアＡＲＡ内の主軸４に対して、当該工具１０をそれ
まで主軸４に装着されていた工具１０と交換する形で供
給する。新しい工具１０が交換装着された主軸４は、直
ちにテーブル５上に搭載された図示しないワークに対し
て当該工具１０により所定の加工を行なう。

【００１６】一方、それまで主軸に装着されていた工具
１０を一方のグリッパ９ｃに把持したアーム９ｂは、当
該工具１０をシフタ１１に返却し、シフタ１１は、当該
返却された工具１０を工具マガジン７の所定のポケット
位置に返却する。この際、主軸から返却された工具１０
が、主軸４によるワークの加工中に切損していた場合、
そのまま加工を継続すると、当該切損工具により加工さ
れた不良ワークを継続して加工することとなり、大きな
無駄となるばかりか、後の加工に際しても当該切損状態
の工具を使用する可能性があることから、工具マガジン
７に返却する前に当該工具の切損を判定し、切損してい
た場合には、直ちにアラームを出してオペレータに告知
する必要がある。

【００１７】そこで、工具マガジン７から次の加工に使
用する工具１０をシフタ１１が取り出して、自動工具交
換装置９のアーム９ｂに対して工具１０をやり取りする
位置である、第１図に示すアーム受渡し待機位置Ｐ１に
工具１０が位置決めされたところで、工具切損検知装置
１２の主制御部１７は、センサ駆動制御部２２に対して
次に加工に使用する工具１０の工具長を測定するように
指令する。センサ駆動制御部２２はこれを受けて。エア
シリンダ１３のロッド１３ａを矢印Ｄ方向に突出させ
る。すると、ロッド１３ａの先端に設けられたセンサヘ
ッド１５も、待機位置Ｐ１にシフタ１１により位置決め
保持された工具１０方向に向けて、ガイドレール１４上
を矢印Ｄ方向に移動する。

【００１８】センサヘッド１５が矢印Ｄ方向に突出移動
すると、センサヘッド１５に設けられた発光部１５ａ及
び受光部１５ｂもシフタ１１に保持されている工具１０
の先端１０ａに向けて矢印Ｄ方向に移動し、その移動中
に発光部１５ａから受光部１５ｂに向けて射出されてい
る検出光１５ｃを工具１０の先端１０ａが横切り、遮断
する。シフタ１１は、待機位置Ｐ１では、センサヘッド
１５と矢印Ｃ、Ｄ方向に整合する位置に位置決めされて
おり、かつ、工具１０をその軸心ＣＴがセンサヘッド１
５の移動駆動方向と一致する矢印Ｃ、Ｄ方向に一致する
形で保持するように設けられているので、センサヘッド
１５が矢印Ｄ方向移動すると、検出光１５ｃは正確に工
具１０の先端１０ａを捕えることが出来る。

【００１９】工具１０の先端１０ａが検出光１５ｃを横
切ると、それまで発光部１５ａから受光部１５ｂに到達
していた検出光１５ｃが工具１０の先端１０ａにより遮
断され、受光部１５ｂの出力信号Ｓ１はそれまでの”
１”状態から”０”になる。出力信号Ｓ１が”０”にな
ると、工具長測定制御部２５は、刃先検出信号Ｓ２をセ
ンサ駆動制御部２２に出力する。また、工具長測定制御
部２５は、検出光１５ｃが工具１０により遮断された際
の、リニアスケール１６の読み取りヘッド１６ａの出力
からセンサヘッド１５の、即ち、発光部１５ａから受光
部１５ｂへ射出される検出光１５ｃの測定原点ＺＰを基
準とした矢印Ｄ方向への突出量Ｌ１を演算し、その値
を、これからの加工で使用する工具１０の使用前の工具
長ＴＬに対応した寸法値ＴＬＭとして工具長メモリ２３
内に格納する。リニアスケール１６は、センサヘッド１
５の移動方向に平行な矢印Ｃ、Ｄ方向に設けられたスケ
ール１６ｂを読み取りヘッド１６ａが読み取って、図示
しないカウンタによりその値を常時積算している。従っ
て、検出光１５ｃが工具１０により遮断された際の、セ
ンサヘッド１５、即ち、発光部１５ａから受光部１５ｂ
へ射出される検出光１５ｃの測定原点ＺＰを基準とした
位置（即ち、センサヘッド１５の矢印Ｄ方向への突出量
Ｌ１）は、当該カウンタにより積算された積算値出力を
もとに工具長測定制御部２５により容易に演算すること
が出来る。なお、エアシリンダ１３は、センサヘッド１
５による工具２０の検出の後も、測長可能ストローク一
杯、従って、図３最左方にまで突出駆動された後、原点
ＺＰに戻る形で連続駆動される。

【００２０】シフタ１１が、工具１０を待機位置Ｐ１に
位置決めした際には、工具１１の基準位置ＳＰと工具切
損検知装置１２の測定原点ＺＰとの距離ＴＸは常に一定
であることから、工具１０の先端１０ａが検出光１５ｃ
を遮断した際の、測定原点ＺＰを基準としたセンサヘッ
ド１５（検出光１５ｃ）の突出量Ｌ１は、工具１０の工
具長ＴＬに１対１に対応する。従って、工具長計測制御
部２５がリニアスケール１６の読み取りヘッド１６ａの
出力からセンサヘッドの１５の測定原点ＺＰを基準とし
た矢印Ｄ方向への突出量Ｌ１を演算して、その値を、こ
れからの加工で使用する工具１０の使用前の工具長ＴＬ
に対応した寸法値ＴＬＭとしてもなんらの問題もない。
なお、距離ＴＸからの突出量Ｌ１を引くなどして、実際
の工具長ＴＬを演算し、その値を工具長メモリ２３に格
納してもよいことは勿論である。

【００２１】こうして、待機位置Ｐ１に位置決めされた
これから加工に使用する工具１０の加工使用前の寸法値
ＴＬＭが工具長メモリ２３に格納され、当該工具１０の
工具長の測定が終了したところで、加工エリアＡＲＡ内
の主軸４に装着された工具１０Ｍによる加工が終了し、
工具交換の必要が生じた場合には、自動工具交換装置９
が数値制御装置６からの指令で駆動され、シフタ１１に
保持され、工具長の測定が完了した工具１０と主軸４に
装着された使用済みの工具１０Ｍが交換され、工具長の
測定が完了した工具１０を装着した主軸４は、直ちに所
定の加工を開始する。なお、使用済み工具１０Ｍは、シ
フタ１１により、工具マガジン７に返却され、更に、シ
フタ１１は、次に加工に使用する工具１０Ｎを工具マガ
ジン７から取り出し待機位置Ｐ１に位置決めして、主軸
４による加工が終了して工具交換が開始されるのを待
つ。この際、工具切損検知装置１２は、先述と同様の手
順で待機位置Ｐ１で当該取り出された工具１０Ｎについ
て、工具長ＴＬに対応した寸法値ＴＬＭを測定演算し、
工具長メモリ２３に格納しておく。

【００２２】こうして、マシニングセンタ１の主軸４に
よる工具１０を用いた加工が終了すると、当該使用済み
の工具１０と次に使用する工具１０Ｎを自動工具交換装
置９により交換して更に加工を継続して行くが、シフタ
１１に自動工具交換装置９により返却された工具１０に
ついて、当該工具１０を工具マガジン７に返却する前
に、工具切損検知装置１２による切損検知動作を行な
う。

【００２３】それには、シフタ１１により待機位置Ｐ１
に工具１０を位置決めした状態で、加工使用前と同様
に、エアシリンダ１３を駆動してセンサヘッド１５を図
３矢印Ｄ方向移動駆動し、加工使用後の工具１０の工具
長ＴＬに対応した寸法値ＴＬＭＡを工具長計測制御部２
５で測定演算し、寸法値ＴＬＭＡを切損判定部２０に出
力する。切損判定部２０は、当該工具１０の加工使用後
の寸法値ＴＬＭＡが入力されたところで、工具長メモリ
２３から、当該工具１０についての加工使用前に測定演
算した工具長ＴＬに対応した寸法値ＴＬＭを読み出し、
加工使用前後における工具長に対応した寸法値の変化を
演算する。即ち、｜ＴＬＭＡ−ＴＬＭ｜なる演算を行
い、その結果が、例えば１ｍｍ以下の場合には、工具１
０が主軸４による加工中に工具切損が生じなかったもの
と判定し、通信制御部２１を介して数値制御装置６に非
切損信号Ｓ３を送出する。数値制御装置６はこれを受け
てシフタ１１を駆動し当該工具１０を工具マガジン７へ
返却し、工具マガジン７から現在主軸４に装着されて加
工に使用されている工具１０Ｎの次に使用する工具１０
Ｎ２を取り出し、待機位置Ｐ１に位置決めし、同様に工
具切損検知装置１２により加工使用前の工具長ＴＬに対
応した寸法値ＴＬＭを測定演算し、工具長メモリ２３に
格納しておく。

【００２４】また、｜ＴＬＭＡ−ＴＬＭ｜なる演算を行
なった結果、加工使用前後における工具長に対応した寸
法値の変化が、例えば１ｍｍを越えている場合には、工
具１０が主軸４による加工中に工具切損が生じたものと
判定し、通信制御部２１を介して通信回線２６により数
値制御装置６に切損信号Ｓ４を送出する。数値制御装置
６はこれを受けて直ちに、マシニングセンタ１によるワ
ークの加工を中断して、切損された工具により加工され
た不良ワークの加工を中止すると共に、操作盤６ａに設
けられたディスプレィなどを介して工具切損をオペレー
タに告知する。

【００２５】なお、工具の切損の判定は、全て工具切損
検知装置１２内で行われ、マシニングセンタ１を直接制
御する数値制御装置９には判定結果のみが出力されるの
で、数値制御装置９側では工具切損の判定のためのなん
らの演算も必要とせず、工具１０の切損検知判定動作は
高速で行われる。

【００２６】また、上述の実施例では、主軸４に装着さ
れて加工に使用される全ての工具１０について工具切損
検知装置１２による切損判定を行なう場合について述べ
たが、工具切損検知装置１２による切損判定は、必ずし
も加工に使用する全ての工具について行なう必要はない
ことから、切損判定を行なう工具については加工プログ
ラム中に所定の切損判定実行指令をＭコードなどで指示
し、切損判定を加工に使用する工具に対して選択的に行
なうようにすることも出来る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
数値制御装置６により制御されるマシニングセンタ１な
どの工作機械に装着されて使用される工具切損検知装置
１２において、前記工具切損検知装置は当該工作機械の
数値制御装置６に接続される通信回線２６を有してお
り、前記工作機械の主軸４に装着されて加工に使用され
る前後の工具の工具長ＴＬや寸法値ＴＬＭ、ＴＬＭＡ等
の工具長対応寸法をそれぞれ測定する工具長計測制御部
２５、センサ駆動制御部２２、センサヘッド１５、エア
シリンダ１３などの工具長測定手段を設け、該工具長測
定手段で測定された加工に使用される前後の工具長対応
寸法から、加工の前後における工具長の差を演算し、当
該工具長の差が所定値以上の場合に切損信号Ｓ４を出力
する切損判定部２０などの切損判定手段を設け、該切損
判定手段から出力される切損信号を前記通信回線に出力
する通信制御部２１などの外部通信手段を設けて構成し
たので、工具の使用前後の工具長対応寸法を比較するだ
けで、工具の切損を検知判定することが出来るので、工
具の切損の検知判定に際していちいち数値制御装置６ま
で工具長対応寸法などを通信回線を介して転送し、数値
制御装置６の工具ファイル内の工具データと比較判定す
るなどの時間のかかるプロセスを取る必要がなくなり、
短時間で工具切損を検知判定することが出来、工作機械
側で無駄な判定待ちによる非切削時間が生じることが未
然に防止される。なお、出願人の実験の結果、従来の、
工具の切損の検知判定に際していちいち数値制御装置６
まで工具長対応寸法を通信回線を介して転送し、数値制
御装置６内の工具ファイル内の工具データと比較判定す
る場合、判定結果が出るまで１０秒以上掛かっていたの
が、本発明の工具切損検知装置の場合、２秒以内と、大
幅に短縮された。

【００２８】工具長測定手段は、発光部１５ａ及び受光
部１５ｂなどからなる検出光射出装置が設けられたセン
サヘッド１５を有し、該センサヘッド１５をエアシリン
ダ１３などの往復駆動装置によって往復駆動自在に設
け、前記検出光射出装置から射出される検出光１５ｃが
遮断された際の前記射出光の基準位置からの位置を検出
するリニアスケール１６などの射出光位置検出手段を設
け、該射出光位置検出手段により検出された前記検出光
１５ｃが遮断された際の前記射出光の基準位置からの位
置に基づいて前記工具長対応寸法を演算する工具長計測
制御部２５からなるので、工具の工具長対応寸法を非接
触で測定することが出来、測定を短時間で効率よく行な
うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】工具切損検知装置の一例を示すブロック図であ
る。

【図２】マシニングセンタの一例を示す斜視図である。

【図３】工具切損検知装置のセンサ部分の詳細を示す図
である

【符号の説明】

１……工作機械（マシニングセンタ） ４……主軸 ６……数値制御装置 １２……工具切損検知装置 １３……工具長測定手段、往復駆動手段（エアシリン
ダ） １５……工具長測定手段（センサヘッド） １５ａ……検出光射出手段（発光部） １５ｂ……検出光射出手段（受光部） １５ｃ……検出光 １６……射出光位置検出手段（リニアスケール） ２０……切損判定手段（切損判定部） ２１……外部通信手段（通信制御部） ２２……工具長測定手段（センサ駆動制御部） ２５……工具長測定手段（工具長計測制御部） ２６……通信回線 Ｓ４……切損信号 ＴＬ……工具長対応寸法（工具長） ＴＬＭ、ＴＬＭＡ……工具長対応寸法（寸法値）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】数値制御装置により制御される工作機械に
   装着されて使用される工具切損検知装置において、 前記工具切損検知装置は当該工作機械の数値制御装置に
   接続される通信回線を有しており、 前記工作機械の主軸に装着されて加工に使用される前後
   の工具の工具長対応寸法をそれぞれ測定する工具長測定
   手段を設け、 該工具長測定手段で測定された加工に使用される前後の
   工具長対応寸法から、加工の前後における工具長の差を
   演算し、当該工具長の差が所定値以上の場合に切損信号
   を出力する切損判定手段を設け、 該切損判定手段から出力される切損信号を前記通信回線
   に出力する外部通信手段を設けて構成した工具切損検知
   装置。
2. 【請求項２】工具長測定手段は、 検出光射出装置が設けられたセンサヘッドを有し、 該センサヘッドを往復駆動装置によって往復駆動自在に
   設け、 前記検出光射出装置から射出される検出光が遮断された
   際の前記射出光の基準位置からの位置を検出する射出光
   位置検出手段を設け、 該射出光位置検出手段により検出された前記検出光が遮
   断された際の前記射出光の基準位置からの位置に基づい
   て前記工具長対応寸法を演算する工具長計測制御部から
   構成される請求項１記載の工具切損検知装置。