特開 2024-75386 工具欠損の検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024075386

(43)【公開日】2024-06-03

(54)【発明の名称】工具欠損の検出方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/09 20060101AFI20240527BHJP

   B23G 1/16 20060101ALI20240527BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/09 C

B23G1/16 C

B23Q17/24 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186801

(22)【出願日】2022-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】000149066

【氏名又は名称】オークマ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078721

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 喜樹

(74)【代理人】

【識別番号】100121142

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 恭一

(72)【発明者】

【氏名】吉野 清

【テーマコード（参考）】

3C029

【Ｆターム（参考）】

3C029DD08

3C029DD20

(57)【要約】

【課題】工作機械に用いる工具の欠損を、工具表面に付着した切削液の影響を受けずに、安定して検出可能とする。
【解決手段】エンドミル１０の軸方向と交差する方向からレーザ光９をエンドミル１０の刃端である切れ刃１０ａに照射し、レーザ光９で切れ刃１０ａをなぞるようにエンドミル１０の回転とエンドミル１０の軸方向の動きとを同期させて、レーザ光９の検出の有無から切れ刃１０ａの欠損を検出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工具の欠損を検出する方法であって、
前記工具の軸方向と交差する方向からレーザ光を前記工具の刃端である切れ刃に照射し、前記レーザ光で前記切れ刃をなぞるように前記工具の回転と前記工具の軸方向の動きとを同期させて、前記レーザ光の検出の有無から前記切れ刃の欠損を検出することを特徴とする工具欠損の検出方法。

【請求項2】

工具の欠損を検出する方法であって、
前記工具はタップであり、前記タップの軸方向と交差する方向からレーザ光を前記タップのねじ山に照射し、前記タップの回転動作と、前記タップの軸方向の動作と、前記レーザ光と前記タップの軸とが直交する方向の動作とを同期させて、前記タップの回転角度と前記レーザ光の検出との関係を表す波形を測定し、この測定波形を、予め測定した欠損のない基準波形と比較して前記ねじ山の欠損の有無を検出することを特徴とする工具欠損の検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、工作機械により加工を行う際に用いる工具の欠損を検出する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

回転する工具により被加工物を加工する際に、工具が折損したり、工具刃端で実際に被加工物と接触する部分である切れ刃の一部が欠損したりするトラブルがしばしば発生する。工具の使用時間が長くなると切れ刃が摩耗していくため、切削負荷が上昇していき、欠損や折損に至るものである。この工具の状態を検出する方法として、折損に関しては、工具の長さを測定する接触式の装置や、レーザ光を用いる非接触式の装置が普及しており、容易に検出することができる。他方、欠損に関しては検出が難しく、例えば特許文献１にその方法が提案されている。特許文献１では、工具をカメラにより撮影し、画像処理により検出する方法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－２４７１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載の方法は、撮影した画像を用いるため、工具表面に付着している切削液の影響を受けやすく、反射による誤判定など安定性に問題を有している。

【0005】

そこで、本開示は、上記問題に鑑みなされたものであって、切削液の影響を受けず安定して工具の欠損を検出することができる方法を提供することを目的としたものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本開示の第１の構成は、工具の欠損を検出する方法であって、
前記工具の軸方向と交差する方向からレーザ光を前記工具の刃端である切れ刃に照射し、前記レーザ光で前記切れ刃をなぞるように前記工具の回転と前記工具の軸方向の動きとを同期させて、前記レーザ光の検出の有無から前記切れ刃の欠損を検出することを特徴とする。
上記目的を達成するために、本開示の第２の構成は、工具の欠損を検出する方法であって、
前記工具はタップであり、前記タップの軸方向と交差する方向からレーザ光を前記タップのねじ山に照射し、前記タップの回転動作と、前記タップの軸方向の動作と、前記レーザ光と前記タップの軸とが直交する方向の動作とを同期させて、前記タップの回転角度と前記レーザ光の検出との関係を表す波形を測定し、この測定波形を、予め測定した欠損のない基準波形と比較して前記ねじ山の欠損の有無を検出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、工具欠損の検出を、レーザ光が通過するか否かを検出して行うため、工具の反射の影響を受けず、工具表面の切削液の有無にかかわらず安定した工具欠損の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】マシニングセンタの概略図である。

【図2】レーザ光によるエンドミルの欠損の検出方法を示す図である。

【図3】レーザ光によるタップの欠損の検出方法を示す図である。

【図4】タップの回転角度とレーザ光検出装置によるレーザ光検出との関係を示す基準波形の図である。

【図5】欠損がある場合のタップの回転角度とレーザ光検出装置によるレーザ光検出との関係を示す測定波形の図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、工作機械の一例としてのマシニングセンタＭを示して説明する。図１で主軸２の軸方向をＺ軸方向、紙面水平方向をＸ軸方向、紙面垂直方向をＹ軸方向とする。
直交３軸動作が可能なマシニングセンタＭの主軸頭１は、回転可能な主軸２を具備している。主軸２の先端部には、工具ホルダ３が装着されている。工具ホルダ３は、工具４を把持している。
マシニングセンタＭでは、図示しない制御装置により、主軸２の回転と主軸頭１の送り動作とをコントロールして、テーブル５の上に固定された被加工物６に対して、工具４で切削加工を行うものである。制御装置は、ＣＰＵ及びＣＰＵに接続されたメモリを含んで構成され、それらにより運転制御が実現される。

【0010】

テーブル５には、Ｘ軸方向にレーザ光９を放射するレーザ光放射装置７と、対向する位置にレーザ光検出装置８とが設置されている。レーザ光検出装置８は、レーザ光放射装置７から放射されるレーザ光９の有無を検出する装置で、両装置間にレーザ光９を遮断する物体の存在を検出することができる。レーザ光放射装置７及びレーザ光検出装置８は、制御装置に接続されており、マシニングセンタＭと同期した制御が可能である。この図１は、全体図を示す概略図であるため、レーザ光９により工具４の測定を行う位置ではないが、本開示の工具欠損の検出のための測定を行うときは、レーザ光９が工具４の切れ刃に当たる位置に主軸頭１を移動する。なお、制御装置は、工具４の回転角度とレーザ光９の検出との関係を記録、演算する機能も有している。

【0011】

工具４がエンドミル１０である場合を例に、図２を用いて工具欠損の検出の詳細を説明する。図２は、欠損を検出するときのエンドミル１０及びレーザ光９を拡大した鳥瞰図である。この例では、エンドミル１０の刃数が４枚であり、軸方向にねじれた形状をしている。欠損の検出は、レーザ光９を切れ刃１０ａに照射し、ねじれた切れ刃１０ａをなぞり、常にレーザ光９が当たるように、エンドミル１０の回転と、エンドミル１０の軸方向（Ｚ軸方向）の動きとを同期させる。切れ刃１０ａに欠損がなければ、レーザ光９は常に遮断されているが、欠損があるとレーザ光９が通過し、レーザ光検出装置８で検知されるため、欠損を検出できる。エンドミル１０の刃数が４枚であるため、同様の動作を各切れ刃１０ａに対して合計４回行うことで、すべての切れ刃１０ａで欠損の有無を確認できる。

【0012】

このように、第１の構成に係る工具欠損の検出方法では、エンドミル１０（工具の一例）の軸方向と交差する方向からレーザ光９をエンドミル１０の刃端である切れ刃１０ａに照射し、レーザ光９で切れ刃１０ａをなぞるようにエンドミル１０の回転とエンドミル１０の軸方向の動きとを同期させて、レーザ光９の検出の有無から切れ刃１０ａの欠損を検出する。
この構成によれば、エンドミル１０の切れ刃１０ａの欠損の検出を、レーザ光９が通過するか否かを検知して行うため、エンドミル１０の反射の影響を受けず、エンドミル１０表面の切削液の有無にかかわらず安定した切れ刃１０ａの欠損の検出が可能となる。

【0013】

なお、第１の構成において、エンドミルの刃数や形状は上記例に限定しない。エンドミル以外の工具も適用可能である。
レーザ光放射装置とレーザ光検出装置との位置関係は逆であってもよいし、両装置を設置する位置や向きも適宜変更可能である。
工具を動作させる工作機械もマシニングセンタに限定しない。

【0014】

次に工具４が、雌ねじを加工する工具であるタップ１１の場合の例を図３に示し説明する。レーザ光９をタップ１１のねじ山１１ａに照射し、ねじ山１１ａに常にレーザ光９が当たるように、タップ１１の回転と、タップ１１の軸方向（Ｚ軸方向）の動きとを同期させる。ただし、タップ１１は、規定のタップ外径になるまで、先端から徐々に外径が大きくなっているため、レーザ光９をタップ１１先端のねじ山１１ａから始めて、常にタップ１１のねじ山１１ａにレーザ光９を当てるためには、回転とＺ軸方向の動作に加え、Ｙ軸方向の動作も同期させる必要がある。
また、タップ１１には、切屑を排出するために軸方向に溝１２が切られており、本実施例では、等分に４本の溝１２がある。そのため、レーザ光９は、この溝１２を通過するため、レーザ光検出装置８の測定波形をタップ１１の回転角度に対して示すと、図４に示すグラフが得られる。すなわち、ねじ山１１ａでレーザ光９が遮断されている状態と、溝１２でレーザ光９が通過する状態とが交互に表れており、この波形をねじ山１１ａに折損のないタップ１１の基準波形とする。ここでタップ１１のねじ山１１ａの一部に欠損があると、レーザ光９が通過するため、図５に示すように、欠損部（４３０°～４４０°付近）でレーザ光９が検出される波形となる。この測定波形を図４の基準波形と比較することで、波形の違いが明確となり、欠損を検出することができる。

【0015】

このように、第２の構成に係る工具欠損の検出方法では、工具はタップ１１であり、タップ１１の軸方向と交差する方向からレーザ光９をタップ１１のねじ山１１ａに照射し、タップ１１の回転動作と、タップ１１の軸方向の動作と、レーザ光９とタップ１１の軸とが直交する方向の動作とを同期させて、タップ１１の回転角度とレーザ光９の検出との関係を表す波形を測定し、この測定波形を、予め測定した欠損のない基準波形と比較して欠損の有無を検出する。
この構成によれば、タップ１１のねじ山１１ａの欠損の検出を、レーザ光９が通過するか否かを検知して行うため、タップ１１の反射の影響を受けず、タップ１１表面の切削液の有無にかかわらず安定したねじ山１１ａの欠損の検出が可能となる。

【0016】

なお、第２の構成において、タップのねじ山の数及び形態、溝の数及び形態は、上記例に限定しない。
レーザ光放射装置とレーザ光検出装置との位置関係は逆であってもよいし、両装置を設置する位置や向きも適宜変更可能である。
工具を動作させる工作機械もマシニングセンタに限定しない。

【符号の説明】

【0017】

１・・主軸頭、２・・主軸、３・・工具ホルダ、４・・工具、５・・テーブル、６・・被加工物、７・・レーザ光放射装置、８・・レーザ光検出装置、９・・レーザ光、１０・・エンドミル、１０ａ・・切れ刃、１１・・タップ、１１ａ・・ねじ山、１２・・溝、Ｍ・・マシニングセンタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】