(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
複数の送り軸で測定子とワークとを相対移動させ、前記測定子と前記ワークが接触したときの送り軸の座標に基づいて、ワークの位置を求める工作機械上でワークを測定する方法において、
前記工作機械は、X軸、Y軸、Z軸の直交3軸方向に相対移動する送り軸と、前記ワークを取り付けるワーク取付面とを有し、
手動操作により、前記複数の送り軸のうち1つの送り軸を所望の測定位置に移動させ、
前記所望の測定位置にあるときに前記1つの送り軸の座標値を記憶し、
手動操作により、前記1つの送り軸を前記測定子と前記ワーク取付面が離反する方向に移動させ、前記1つの送り軸と他の送り軸とにより前記測定子と前記ワークとを相対的に移動し、
手動操作により、前記1つの送り軸を前記測定子と前記ワーク取付面が接近する方向に移動させ、記憶した前記座標値に達したときに、前記1つの送り軸による移動を停止し、
1つの送り軸を前記座標値に停止させた状態で、手動操作により、他の送り軸を用いて測定子を移動させて複数の測定点においてワークを測定することを特徴としたワーク測定方法。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
図1を参照すると、本発明を適用する工作機械の一例が示されている。
図1において、本発明の好ましい実施の形態による工作機械100は、立形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド102、ベッド102の前方部分(
図1では左側)の上面で前後方向またはY軸方向(
図1では左右方向)に移動可能に設けられワークWが固定されるテーブル106、ベッド102の後端側(
図1では右側)で同ベッド102の上面に立設、固定されたコラム104、該コラム104の前面で左右方向またはX軸方向(
図1では紙面に垂直な方向)に移動可能に設けられたX軸スライダ108、X軸スライダ108の前面で上下方向またはZ軸方向に移動可能に取り付けられ主軸112を回転可能に支持する主軸頭110を具備している。工作機械100は、また、オペレータが工作機械100を操作するための操作盤200を備えている。
【0012】
主軸112の先端には、テーブル106に固定されたワークWを加工する工具(図示せず)が装着される。
図1では、主軸112の先端には、工具に代えて、ワークWを測定するための測定子として測定プローブ114が装着されている。測定プローブ114は、工作機械100のオペレータが手動操作によって装着したり、或いは、工作機械100のNC装置150によって自動的に装着するようにできる。
【0013】
テーブル106は、ベッド102の上面において水平なY軸方向(
図1の左右方向)に延設された一対のY軸案内レール(図示せず)に沿って往復動可能に設けられており、ベッド102には、テーブル106をY軸案内レールに沿って往復駆動するY軸送り装置として、Y軸方向に延設されたボールねじ(図示せず)と、該ボールねじの一端に連結されたY軸サーボモータ(図示せず)が設けられており、テーブル106には、前記ボールねじに係合するナット(図示せず)が取り付けられている。テーブル106には、また、テーブル106のY軸方向の座標位置を測定するY軸スケール120が取り付けられている。
【0014】
X軸スライダ108は、コラム104の上方部分の前面においてX軸方向に延設された一対のX軸案内レール(図示せず)に沿って往復動可能に設けられている。コラム104には、X軸スライダ108をX軸案内レールに沿って往復駆動するX軸送り装置として、X軸方向に延設されたボールねじ(図示せず)と、該ボールねじの一端に連結されたX軸サーボモータ(図示せず)が設けられており、X軸スライダ108には、前記ボールねじに係合するナット(図示せず)が取り付けられている。コラム104には、また、X軸スライダ108のX軸方向の座標位置を測定するX軸スケール116が取り付けられている。
【0015】
主軸頭110は、X軸スライダ108の前面においてZ軸方向(
図1では上下方向)に延設された一対のZ軸案内レールに沿って往復動可能に設けられている。X軸スライダ108には、主軸頭110をZ軸案内レールに沿って往復駆動するZ軸送り装置として、Z軸方向に延設されたボールねじ(図示せず)と、該ボールねじの一端に連結されたZ軸サーボモータ(図示せず)が設けられており、主軸頭110には、前記ボールねじに係合するナット(図示せず)が取り付けられている。X軸スライダ108には、また、主軸頭110のZ軸方向の座標位置を測定するZ軸スケール118が取り付けられている。
【0016】
X軸サーボモータ、Y軸サーボモータ、Z軸サーボモータおよびX軸スケール116、Y軸スケール118、Z軸スケール120は、工作機械100を制御するNC装置150(
図4)に接続されている。測定プローブ114は、ワークと接触したときに、NC装置150に信号を送信する。NC装置150によって、X軸サーボモータ、Y軸サーボモータ、Z軸サーボモータへ供給される電力(電流値)が制御される。
【0017】
図2、3を参照して、操作盤200を説明する。操作盤200は、画面を接触することにより所望の部分の選択が可能なタッチパネルのような表示パネル202と、キー入力部204を含む。キー入力部204には、複数のキースイッチが配置されている。キー入力部204のキースイッチを押すことにより、所定の数字や文字を入力することができる。また、操作盤200は、所定の操作の選択を行う操作スイッチ部206、オーバライド値の設定を行うオーバライド設定部208〜212および非常停止ボタン214を含む。オーバライド設定部208〜212は、例えば、主軸の回転速度のオーバライド値や加工の送り速度のオーバライド値等を設定することができる。
【0018】
操作盤200は、更に、下端部分から前方へ棚状に伸びるボード222を有したジョグコンソール220を備えている。ジョグコンソール220のボード222には、X軸、Y軸、Z軸の各送り軸を個別にジョグ送り操作するジョグボタン224、ジョグ送りの速度を設定するオーバーライドスイッチ226、自動測定開始ボタン228および測定停止ボタン230が配置されている。
【0019】
図4、5は表示部202に表示される本発明の測定方法を実施するための測定ウィンドウの一例を示している。該測定ウィンドウは、送り軸の座標表示領域10、測定タイプを示すアイコン12、測定プローブ114の移動方向(矢印A
X-、矢印A
X+)をワークWと共に示す測定プローブ移動方向表示領域14、測定結果としての座標値を表示する座標表示領域16、測定結果としての寸法値を表示する寸法表示領域18、X軸に対するワークWの傾斜角を表示する傾斜角表示領域20、および、測定プローブ114のZ軸方向の危険領域を設定するボタン22を含んでいる。また、測定した座標を工作機械のワーク座標系に設定するための座標設定ボタン24を備える。
【0020】
更に、該測定ウィンドウは、Z
(-)制限ボタン30を含んでいる。オペレータがZ
(-)制限ボタン30をタップまたはクリックすると、そのときのZ座標値がZ軸スケール118から読取られ、その座標値が、主軸112がテーブル106へ接近する方向へのZ軸のストロークリミットL
Sに設定される。Z軸のストロークリミットL
Sが設定されると、該ストロークリミットL
Sが解除されるまで、主軸112は該ストロークリミットL
SであるZ座標値を超えてテーブル106へ接近することができなくなる。
【0021】
また、Z
(-)制限ボタン30は、状態に応じて色が変化する。Z
(-)制限ボタン30がグレーのときは、ストロークリミットL
Sが解除されており、新たにストロークリミットL
Sを設定することが可能な状態であることを表している。Z
(-)制限ボタン30が青色のときは、ストロークリミットL
Sが設定されているが、現在のZ軸の座標値がストロークリミットL
Sの設定値に達していないことを表している。Z
(-)制限ボタン30が緑色のときは、ストロークリミットL
Sが設定されており、かつZ軸の座標値がストロークリミットL
Sの設定値に達していることを表している。Z
(-)制限ボタン30がグレーで、かつボタンに表示される文字が薄いグレーになっているときは、ストロークリミットL
Sが解除されており、新たにストロークリミットL
Sを設定することが不可能な状態を表している。これにより、オペレータは、現在の状態を一目で確認することができる。
【0022】
図5、6を参照して、本実施形態によるワークWの測定方法を説明する。
オペレータが工作機械100の操作盤200の表示パネル202や、キー入力部204のキースイッチを操作することによって、ワークWの測定を開始する(ステップS10)と、
図5に示す測定ウィンドウが表示パネル202に表示される(ステップG10)。このとき測定ウィンドウのZ
(-)制限ボタン30はグレー表示されている(ステップG12)。
【0023】
次いで、主軸112を測定開始位置に配置する。これは、例えばオペレータが、ジョグコンソール220のジョグボタン224を操作することによって実行することができる。或いは、操作盤200、ジョグコンソール220或いは測定ウィンドウ内に測定開始位置ボタン(図示せず)設け、該測定開始位置ボタンを押下、タップまたはクリックすることによって主軸112を測定開始位置へ移動させるNCプログラムを実行するようにしてもよい。この測定開始位置は、例えば、測定プローブ114の先端がワークWよりも上方で、かつ、測定プローブ114をZ軸に沿って下動させたときに、ワークWに衝接しない位置で、かつ、測定プローブ114をX軸とZ軸のみを使ってその先端をワークWの測定点へ移動させることが可能な位置とすることができる(
図7参照)。
【0024】
次いで、オペレータが、ジョグボタン224を操作することによって、測定プローブ114の先端が、ワークWの側面の測定点の高さに配置されるように、
図7において矢印A
Z-で示すように、主軸112をZ軸方向に下動させる(ステップS12)。主軸112が測定点の高さに位置決めされた(
図8参照)とき、オペレータが測定ウィンドウのZ
(-)制限ボタン30をタップまたはクリックする(
図9参照)と、現在のZ座標値がストロークリミットL
Sに設定される(ステップC10)(
図10参照)と共に、Z
(-)制限ボタン30の色がグレーから緑色に変化して(ステップG14)、Z軸にストロークリミットL
Sが設定されていることが示される。
【0025】
次に、主軸112をX軸に沿って負の方向に移動させワークWの側面のX座標が測定される。
図11を参照すると、オペレータがジョグコンソール220のジョグボタン224操作して(ジョグ送り操作)、測定プローブ114をX軸に沿って矢印A
x-の方向にワークWへ接近させる。NC装置150は、X軸の動作指令から、測定プローブ114がX座標値が減少する方向に送られていることを判定する。これによって、測定プローブ移動方向表示領域14には、矢印A
x-によって測定プローブ114がX軸に沿って負の方向に移動している状態が示される。
【0026】
測定プローブ114がワークWの側面に接触すると、測定プローブ114からスキップ信号がNC装置150へ出力される。NC装置150は、測定プローブ114からのスキップ信号によって、その時のX軸、Y軸、Z軸の各送り軸の座標が記憶される。NC装置150は、またスキップ信号を受信したときに、
図11において矢印A
x+で示すように、X軸の送りを反転して測定プローブ114をワークWから離反させる。測定プローブ114が、所定距離移動して測定開始位置の直下に移動すると、測定プローブ114の反転動作が停止する。こうして第1の測定点においてワークWが測定される(ステップS16)。
【0027】
次いで、反対側の側面を測定するために、オペレータは、X軸、Y軸、Z軸の送り軸を駆動して、測定プローブ114をワークWの反対側に移動させる(ステップS18)。そのとき、X−Y平面内で移動させて測定プローブ114をワークWの反対側へ移動させることもできるが、移動経路が長くなるので、
図12において弧状の矢印Aで示すように、測定プローブ114をZ軸に沿って上下動させつつワークWの反対側に移動させることが好ましい場合がある。本実施形態では、NC装置150は、Z軸送り装置がテーブル106から離反する方向、本実施形態ではZ軸に沿って上動またはZ軸の正の方向に移動すると、それまで緑色を呈していたZ
(-)制限ボタン30が青色に変化して(ステップG16)、Z軸がストロークリミットL
Sの上方にあることが示される。
【0028】
次いで、主軸112をX軸に沿って負の方向に送る間、Z軸送り装置がテーブル106に接近する方向、本実施形態ではZ軸に沿って下動またはZ軸の負の方向に移動し(ステップS20)、
図13に示すように、従前に測定を行ったZ座標であるZ軸のストロークリミットL
Sに到達すると、NC装置150はZ軸送り装置を停止する(ステップC12)。そのとき、Z
(-)制御ボタン30が青色から再び緑色に変化する(ステップG18)。
【0029】
次に、主軸112をX軸に沿って正の方向に移動させワークWの側面のX座標が測定される。
図14において、オペレータがジョグコンソール220のジョグボタン224操作して(ジョグ送り操作)、測定プローブ114をX軸に沿って矢印A
x+の方向にワークWへ接近させる。NC装置150は、X軸の動作指令から、測定プローブ114がX座標値が増加する方向に送られていることを判定する。これによって、測定プローブ移動方向表示領域14には、矢印A
x+によって測定プローブ114がX軸に沿って正の方向に移動している状態が示される。
【0030】
測定プローブ114がワークWの側面に接触すると、測定プローブ114からスキップ信号がNC装置150へ出力される。NC装置150は、測定プローブ114からのスキップ信号によって、その時のX軸、Y軸、Z軸の各送り軸の座標が記憶される。NC装置150は、またスキップ信号を受信したときに、
図14において矢印A
x-で示すように、X軸の送りを反転して測定プローブ114をワークWから離反させる。こうして第2の測定点においてワークWが測定される(ステップS22)。次いで、オペレータが、Z
(-)制限ボタン30をタップまたはクリックすると、Z軸ストロークリミットL
Sが解除され(ステップC14)、Z
(-)制限ボタン30の色が緑からグレーに変化する(ステップG20)。
【0031】
既述の実施形態では、ワークWの測定は、オペレータが全てジョグボタンを操作する手動操作によって行われていたが、オペレータのジョグ操作による上記のX軸方向への測定プローブ114の送り操作を測定教示操作としてNC装置150に記憶させ、以下のように、記憶した教示操作に沿って自動測定を行うようにしてもよい。
【0032】
オペレータが、教示操作の後に、ジョグコンソール220の自動測定開始ボタン228を押下すると、NC装置150に格納されている自動測定プログラムが実行され、NC装置150に記憶されている測定点の座標(測定プローブ114がワークWに接触したときのX軸、Y軸、Z軸の各送り軸の座標)へ向けて、測定プローブ114がX軸に沿って矢印A
X-で示す負の方向に送られる。測定プローブ114の先端がワークWの側面に接触すると、スキップ信号が測定プローブ114からNC装置150へ出力される。スキップ信号を受信すると、その時のX軸、Y軸、Z軸の各送り軸の座標がNC装置150に記憶される。また、NC装置150は、スキップ信号を受信すると、矢印A
X+で示す正の方向にX軸の送りを反転し、測定プローブ114をワークWから離反させ、所定距離移動したところで、測定プローブ114の反転動作を停止する。自動測定が完了すると、ワークWの側面のX座標が表示される。ワークWの反対側の側面の第2の測定点を測定する際には、これと反対のプロセスが実行される。
【0033】
このように、NC装置150に格納されている測定プログラムに従って測定を行うことにより、ワークWへの測定プローブ114の接近速度を最適化することが可能となり、測定プローブ114による測定誤差を小さくすることができる。
【0034】
既述の実施形態では、複数の送り軸としてX軸、Y軸、Z軸の直交3軸の送り軸のうち1つの送り軸であるZ軸を所望の測定位置に移動させるようにしたが、本発明はこれに限定されず、X軸またはY軸を所望の測定位置に移動させるようにしてもよい。