JP7434054B2

JP7434054B2 - 工作機械におけるプロービング装置の運用方法

Info

Publication number: JP7434054B2
Application number: JP2020087009A
Authority: JP
Inventors: 岳見浅井
Original assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2024-02-20
Anticipated expiration: 2040-05-18
Also published as: JP2021181132A

Description

本発明は、クーラント供給装置とプロービング装置付きの工作機械に関し、特に、クーラント供給装置とプロービング装置を搭載した工作機械におけるプロービング装置の運用方法に関する。

従来、工作機械にプロービング等の測定装置を搭載し、その測定装置を運用して加工した形状の寸法・軸送り精度等を機上測定するようにしている。例えば、特許文献１に記載のアナログ測定用プローブは、工作機械と共に用いられ、被加工物の表面に接触するためのスタイラスを備え、このスタイラスは、プローブ本体部から突出し、プローブ本体部に移動可能に接続される。測定用プローブは、プローブ本体部に対するスタイラスの移動を測定するためのセンサを更に備える。アナログ測定用プローブのスタイラスは、物体の形状をもしくは位置に関する情報を取得され得るように、物体に接触させ得る。アナログプローブでは、スタイラスが被加工物の表面にそって移動されるとき、スタイラスの振れの大きさ（および、随意に方向も）が、連続的に検知され、振れデータをプローブの位置を表すデータと組み合わせて被加工物の詳細な測定結果を取得できる。

近年、研削盤の高速・高精度化に対応して、そのプロービング等の測定装置に対しても高速且つ高精度な測定を可能とすることが求められており、そのための様々な提案もなされている。例えば、特許文献２記載の従来例では、加工されたワークの所定位置の座標と基準座標との差、または工作機械の所定位置の座標と基準座標との差を、あらかじめ決められたタイミングでタッチプローブにより測定した値を順次メモリに記憶し、このメモリに記憶された測定値の履歴を基準座標および許容値とともに表示するようにし、この履歴により、工作機械の熱変形による加工誤差の状況を把握する。このようなシステムにおいて扱う値は高分解能化が要求されつつある。しかしながら、高分解能な測定を実現するためには、測定装置の運用のための複雑な制御が必要となったり、精密且つ高価な測定機器を別途製作したりしなければならず、研削盤全体のコストの増加を招いてしまう。

特表２０１４－５１７２５２号公報特開２００７－００７８２２号公報

上述したように、工作機械及びそのプロービング装置の運用方法に関し、工作機械全体のコストの増加を招くこと無く、工作機械の高速・高精度化に対応した高分解能な測定を可能とするプロービング装置の開発が望まれている。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、工作機械全体のコストの増加を招くこと無く、工作機械の高速・高精度化に対応した高分解能な測定を可能とするプロービング装置の運用方法を提供することにある。

本発明者は、上述した工作機械全体のコストの増加を招くこと無く高分解能な測定を可能とするプロービング装置の運用方法について、様々な観点からアプローチを試み、鋭意研究した結果、そのような工作機械の構成と、そのプロービング装置の運用方法に関する新規且つ有用な着想を得るに至った。

即ち、本発明に係る工作機械におけるプロービング装置の運用方法では、ワークの測定に用いるプロービング装置を備えかつクーラント供給装置を備えた工作機械であって、且つそのプロービング装置はクーラントに対する防水及び/又は防油性能を有し信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えた装置について、乱流状になったクーラント流をプロービング装置の感度方向に向けて放射し出力に重畳させデジタル変換された後の信号をローパスフィルタまたはバンドパスフィルタで濾波し得たい信号周波数成分の量子化雑音を安価に低減させかつプローブ装置のワークとの接触部分の洗浄または冷却も同時に行うことを特徴とする。
ここで、クーラントノズルはロックライン（登録商標）として供されているような流路が乱流を誘発するようなものを使用するのがよい。また、クーラントの量は乱流を誘発するようなプローブ及びワークを壊さない程度に大量なほうが良い。

また、本発明の他の様相に係る工作機械におけるプロービング装置の運用方法では、ワークの測定に用いるプロービング装置を備えかつクーラント供給装置を備えた工作機械であって、且つそのプロービング装置クーラントに対する防水及び/又は防油性能を有し信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えた装置について、クーラント流を間欠的にプロービング装置の感度方向に向けて放射し出力に重畳させデジタル変換された後の信号をローパスフィルタまたはバンドパスフィルタで濾波し得たい信号周波数成分の量子化雑音を安価に低減させかつプローブ装置のワークとの接触部分の洗浄も同時に行うことを特徴とする。
ここで、クーラントを間欠的に流すために高速に連続ＯＮ／ＯＦＦできる弁を用意する。もしくは、間欠出力エア装置を用いてエアオペレート弁を高速でＯＮ／ＯＦＦする。ないし、間欠出力エア装置を用いてこの出力をクーラント流に向けてクーラント流の方向が高速に変わるように設計したノズルを用いる。

本発明によれば、工作機械全体のコストの増加を招くこと無く、工作機械の高速・高精度化に対応した高分解能な測定を可能とするプロービング装置の運用方法を提供することが可能であり、更にプローブ装置のワークとの接触部分の洗浄と、接触・摩擦による熱を有効に取り除き得る。

一般的なプロービング装置の基本構成を示す図である。本発明の第１の実施形態の基本構成を示す図であり、プロービング装置とクーラント供給装置を備えた工作機械の要部を示し、クーラントノズルは「ロックライン」として供されているような流路が乱流を誘発するようなものを使用する例である。本発明の第２の実施形態の構成を示す図であり、弁の動作によりクーラントノズルからクーラントを間欠的にプロービング装置の感度方向に向けて放射する形態を示す。本発明の第３の実施形態の構成を示す図であり、クーラントノズルから噴射されるクーラントにエアを間欠的に吹きかけてプロービング装置の感度方向に向けて放射する形態を示す。本発明の第１の実施形態における測定のための制御動作を示す図であり、クーラントノズルからクーラントを噴射しつつ、スタイラスをワークに接触させた状態でワークワークテーブルを移動させて測定（走査）する形態を示す。本発明の第１乃至第３の実施形態に係る工作機械の機能ブロック図である。本発明の第１乃至第３の実施形態に係る工作機械におけるプロービング装置を用いた測定方法を説明するためのフローチャートであり、（ａ）は、比較例としての従来の測定方法のフロー、（ｂ）は、本発明の実施形態の測定方法のフロー、をそれぞれ示す。本発明の実施形態に係る工作機械におけるプロービング装置を用いた測定方法を説明するための図であり、（ａ）は、クーラント供給の弁のＯＮ／ＯＦＦ周波数を切り替えられるようにする場合且つローパスフィルタをしようする場合且つ送り速度に応じて信号の周波数が変わる場合に共通する機能ブロック図、（ｂ）は、上記（ａ）の場合の制御方法の要諦を示す図であり、間欠供給周波数とＡＤＣサンプリング周波数／２とローパスフィルタのカットオフ周波数と信号の周波数がこのような上下関係になるように、間欠供給周波数と送り速度を制御することを示す。本発明の第１の実施形態の作用効果を説明するための波形図であり、（ａ）は、クーラント無しのアナログ波形、（ｂ）は、クーラント無しのデジタル波形、（ｃ）は、クーラント有りのアナログ波形、（ｄ）は、クーラント有りのデジタル波形、（ｅ）は、クーラント有りのデジタルローパスフィルタを通過させた波形、をそれぞれ示す図である。

まず、本発明の理解を容易にするため、図１を参照して、一般的なプロービング装置について説明しておく。図１は、一般的なプロービング装置の基本構成を示す図である。プロービング装置は、図示しない研削盤等の工作機械の要部において、機上測定を行うためにセットされて用いられる。図１に示すように、プロービング装置１０は、送り装置１２によりプローブ１４とその先端の接触子であるスタイラス１６がワークテーブル１７上に載置されたワーク１８に接触又は離反可能に送り動作されることにより、スタイラス１６の先端チップ（又は先端球）１６ａがワーク１８に接触した時に信号を発することで、加工したワーク１８の形状の寸法・軸送り精度等を機上測定するようにしている。

図２は、本発明の第１の実施形態の基本構成を示す図であり、プロービング装置とクーラント供給装置を備えた工作機械の要部を示し、クーラントノズルはロックライン（登録商標）として供されているような流路が乱流を誘発するようなものを使用する例である。即ち、本実施形態の工作機械におけるプロービング装置２０は、図示しない工作機械の要部において、機上測定を行うためにセットされて用いられる。図２に示すように、プロービング装置２０は、送り装置２２によりプローブ２４とその先端の接触子であるスタイラス２６がワークテーブル２７上に載置されたワーク２８に接触又は離反可能に送り動作されることにより、スタイラス２６の先端チップ（又は先端球）２６ａがワーク２８に接触した時に信号を発することで、加工したワーク２８の形状の寸法・軸送り精度等を機上測定することが可能である。

ここで、本実施形態の工作機械は、ワーク２８の測定に用いるプロービング装置２０を備えると共に、クーラント供給装置２５を備え、且つそのプロービング装置２０はクーラントに対する防水及び/又は防油性能を有し信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えている。そして、乱流状になったクーラント流をプロービング装置２０の感度方向に向けて放射し出力に重畳させデジタル変換された後の信号をローパスフィルタまたはバンドパスフィルタで濾波し得たい信号周波数成分の量子化雑音を安価に低減させかつプロービング装置２０のワーク２８との接触部分の洗浄または冷却も同時に行うことができる。ここで、クーラント供給装置２５のクーラントノズル２５ａはロックライン（登録商標）として供されているような流路が乱流を誘発するようなものを使用するのがよい。また、クーラントの量は乱流を誘発するようなものであるが、プローブ２４及びワーク２８を壊さない程度に大量なほうが良い。

図３は、本発明の第２の実施形態の構成を示す図であり、弁の動作によりクーラントノズルからクーラントを間欠的にプロービング装置の感度方向に向けて放射する形態を示す。即ち、本実施形態の工作機械におけるプロービング装置３０は、図示しない工作機械の要部において、機上測定を行うためにセットされて用いられる。図３に示すように、本実施形態の工作機械は、ワーク３８の測定に用いるプロービング装置３０を備えると共にクーラント供給装置３５を備え、且つそのプロービング装置３０は、クーラントに対する防水及び/又は防油性能を有し信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えている。そして、クーラント流を間欠的にプロービング装置３０の感度方向に向けて放射し出力に重畳させデジタル変換された後の信号をローパスフィルタまたはバンドパスフィルタで濾波し得たい信号周波数成分の量子化雑音を安価に低減させかつプロービング装置３０のワーク３８との接触部分の洗浄も同時に行うことができる。尚、プロービング装置３０は、送り装置３２によりプローブ３４とその先端の接触子であるスタイラス３６がワークテーブル３７上に載置されたワーク３８に接触又は離反可能に送り動作されることにより、スタイラス３６の先端チップ（又は先端球）３６ａがワーク３８に接触した時に信号を発することで、加工したワーク３８の形状の寸法・軸送り精度等を機上測定するのは、第１の実施形態と同様である。ここで、クーラントを間欠的に流すために高速に連続ＯＮ／ＯＦＦできる弁を用意するようにしても良い。もしくは、間欠出力エア装置（図示せず）を用いてエアオペレート弁（図示せず）を高速でＯＮ／ＯＦＦするようにしても良い。

図４は、本発明の第３の実施形態の構成を示す図であり、クーラントノズルから噴射されるクーラントにエアを間欠的に吹きかけてプロービング装置の感度方向に向けて放射する形態を示す。即ち、図４に示すように、本実施形態では、間欠出力エア装置４９を用いてこの出力をクーラント供給装置４５のクーラントノズル４５ａから噴射されるクーラント流に向けてクーラント流の方向が高速に変わるように設計した間欠エアブローノズル４９ａを用いる。尚、図４のプロービング装置４０は、送り装置４２によりプローブ４４とその先端の接触子であるスタイラス４６がワークテーブル４７上に載置されたワーク４８に接触又は離反可能に送り動作されることにより、スタイラス４６の先端チップ（又は先端球）４６ａがワーク４８に接触した時に信号を発することで、加工したワーク４８の形状の寸法・軸送り精度等を機上測定するのは、第１及び第２の実施形態と同様である。

図５は、本発明の第１の実施形態における測定のための制御動作を示す図であり、クーラントノズルからクーラントを噴射しつつ、スタイラスをワークに接触させた状態でワークワークテーブルを移動させて走査する形態を示す。即ち、図５に示すように、本実施形態では、プロービング装置５０は、送り装置５２によりプローブ５４とその先端の接触子であるスタイラス５６がワークテーブル５７上に載置されたワーク５８に接近させて、ワークテーブル５７を矢印５９で示すように移動させることにより、その先端チップ（又は先端球）５６ａがワーク５８に接触した時に信号を発することで、加工したワーク５８の形状の寸法・軸送り精度等を機上測定する。

次に、図６を参照して、本発明の上記第１乃至第３の実施形態が適用される工作機械について説明する。図６は、本発明の第１乃至第３の実施形態に係る工作機械の機能ブロック図である。図６に示すように、本発明の第１乃至第３の実施形態に係る工作機械は、制御装置１００を有し、この制御装置１００は、数値制御部１０２と、シーケンス制御部１０４と、デジタルフィルタ１０６を含んでいる。制御装置１００は、入出力装置２００を介して、プロービング装置（プローブ）３００、クーラント供給装置又はＯＮ／ＯＦＦ弁４００、軸制御器５００と接続されており、軸制御器５００には、各種モータ６００が接続されている。入出力装置２００は、アナログ入力部２０２と、デジタル出力部２０４と、ＩＯバス２０６を含んでいる。数値制御部１０２は、ＩＯバス２０６を介して軸制御器５００に数値制御指令を発し、この数値制御指令に基づいて軸制御器５００は各種モータ６００を駆動制御する。プロービング装置（プローブ）３００からの検出信号は、アナログ入力部２０２を介してデジタルフィルタ１０６により処理（濾波）され、シーケンス制御部１０４、更に、数値制御部１０２に、その情報が送られる。この情報に基づき、シーケンス制御部１０４は、デジタル出力部２０４を介してクーラント供給装置又はＯＮ／ＯＦＦ弁４００を動作させる。また、同様に、この情報に基づき、数値制御部１０２は、ＩＯバス２０６を介して軸制御器５００に新たな数値制御指令を発し、この数値制御指令に基づいて軸制御器５００は各種モータ６００を駆動制御する。

図７は、本発明の第１乃至第３の実施形態に係る工作機械におけるプロービング装置を用いた測定方法を説明するためのフローチャートであり、（ａ）は、比較例としての従来の測定方法のフロー、（ｂ）は、本発明の実施形態の測定方法のフロー、をそれぞれ示す。図７（ａ）に示すように、従来の測定方法では、測定開始すると（Ｓ７０１）、通常のプロービング装置を用いた測定を行う（Ｓ７０２）ことにより、測定終了に至る（Ｓ７０３）。これに対して、本発明の実施形態の測定方法では、図７（ｂ）に示すように、測定開始すると（Ｓ７０４）、まず、クーラント間欠供給装置をＯＮにする（Ｓ７０５）した上で、上述したプロービング装置を用いた測定を行う（Ｓ７０６）。続いて、クーラント間欠供給装置をＯＦＦにしてから（Ｓ７０７）、測定結果のデジタルフィルタリングを行い（Ｓ７０８）、測定終了に至る（Ｓ７０９）。尚、上記デジタルフィルタリングは、測定中のリアルタイムの処理として行うようにしても良い。

図８は、本発明の実施形態に係る工作機械におけるプロービング装置を用いた測定方法を説明するための図であり、（ａ）は、クーラント供給の弁のＯＮ／ＯＦＦ周波数を切り替えられるようにする場合且つローパスフィルタをしようする場合且つ送り速度に応じて信号の周波数が変わる場合に共通する機能ブロック図、（ｂ）は、上記（ａ）の場合の制御方法の要諦を示す図であり、間欠供給周波数とＡＤＣサンプリング周波数／２とローパスフィルタのカットオフ周波数と信号の周波数がこのような上下関係になるように、間欠供給周波数と送り速度を制御することを示す。即ち、図８（ａ）に示すように、まず、クーラントの影響を重畳された信号８００をＡＤＣサンプリング周波数を考慮して折り返し雑音が生じない程度に調整するアナログフィルタ８１１を通したアナログ信号フィルタ後の信号８０１を入力し、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）８０２でアナログデジタル変換し、デジタル信号フィルタ前の測定情報８０３が得られる。続いて、ローパスフィルタ８０４でフィルタリングした後、デジタル信号フィルタ後の処理８０５が実行される。このような機能ブロックの制御において、間欠供給周波数とＡＤＣサンプリング周波数／２とローパスフィルタのカットオフ周波数と信号の周波数が、図８（ｂ）に示すような上下関係になるように、間欠供給周波数と送り速度を制御する。なお、ＡＤＣの前に設けるフィルタ８１１はサンプリング周波数が高い場合など省略することも可能である。

図９は、本発明の第１の実施形態の作用効果を説明するための波形図であり、（ａ）は、クーラント無しのアナログ波形、（ｂ）は、クーラント無しのデジタル波形、（ｃ）は、クーラント有りのアナログ波形、（ｄ）は、クーラント有りのデジタル波形、（ｅ）は、クーラント有りのデジタルローパスフィルタを通過させた波形、をそれぞれ示す図である。即ち、上述した第１の実施形態において、図６乃至図８に関して述べた制御方法を用いて、図５に示したように装置やワークテーブルを動作させることにより、図９（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すような波形が得られる。

１０、２０、３０、４０、５０プロービング装置、
１２、２２、３２、４２、５２送り装置、
１４、２４、３４、４４、５４プローブ、
１６、２６、３６、４６、５６スタイラス、
１６ａ、２６ａ、３６ａ、４６ａ、５６ａ先端チップ（先端球）、
１７、２７、３７、４７、５７ワークテーブル、
１８、２８、３８、４８、５８ワーク、
２５、３５、４５クーラント供給装置、
２５ａ、４５ａクーラントノズル、
４９間欠出力エア装置、
４９ａ間欠エアブローノズル、
５９矢印、

Claims

ワークの測定に用いるプロービング装置を備えかつクーラント供給装置を備えた工作機械であって、且つそのプロービング装置はクーラントに対する防水及び/又は防油性能を有し信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えた装置について、乱流状になったクーラント流をプロービング装置の感度方向に向けて放射し出力に重畳させデジタル変換された後の信号をローパスフィルタまたはバンドパスフィルタで濾波し得たい信号周波数成分の量子化雑音を安価に低減させかつプローブ装置のワークとの接触部分の洗浄も同時に行うことを特徴とする工作機械におけるプロービング装置の運用方法。
ワークの測定に用いるプロービング装置を備えかつクーラント供給装置を備えた工作機械であって、且つそのプロービング装置クーラントに対する防水及び/又は防油性能を有し信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えた装置について、クーラント流を間欠的にプロービング装置の感度方向に向けて放射し出力に重畳させデジタル変換された後の信号をローパスフィルタまたはバンドパスフィルタで濾波し得たい信号周波数成分の量子化雑音を安価に低減させかつプローブ装置のワークとの接触部分の洗浄も同時に行うことを特徴とする工作機械におけるプロービング装置の運用方法。