JPH0241856A

JPH0241856A - 刃具形状測定機能を備えた工作機械

Info

Publication number: JPH0241856A
Application number: JP63188768A
Authority: JP
Inventors: Teru Tsuboi; 坪井　暉; Katsuhiko Takeuchi; 勝彦竹内
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1988-07-28
Filing date: 1988-07-28
Publication date: 1990-02-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分舒ｊ本発明は刃具の形状測定機能を備えた工作機械に関し、
特に、サブミクロンオーダの加工精度を要求される超精
密旋盤等に適用するに好適な装置に関する。

「従来の技術」超精密旋盤ではバイト等の刃具の刃先をサブミクロンの
オーダでＭ密に位置決めする必要がある。

従来は、接触式の変位計を用いてバイト刃先の（ｉ２置
を検出して刃先位置を補正したり、ａｍ鏡によりバイト
刃先を拡大して表示し、その拡大像を目視しながら刃先
位置の調整を行ったりしていた。

［発明が解決しようとする課題」しかしながら、接触式変位計を用いると、単結晶のダイ
ヤモンドバイトなどの場合は刃先を破損するおそれがあ
るという問題点があった。また、刃先をサブミクロンオ
ーダで検出し位置決めすることは測定姿勢の問題もあり
容易ではないという問題点があった。

また、顕微鏡を用いるものは、拡大像の視野がたかだか
数１０ｕｍＸ数１０１１１であり、刃先が円弧状のＲバ
イトなどではその先端位置を正確に判別することが容易
でないという問題点があった。さらに、Ｒバイトでは刃
先形状が公称Ｒ値（半径値）に対して形状誤差を有する
ため、公称Ｒ値に基づいて工具補正を行っても正確な補
正ができないという問題点があった。

このため、加工をした工作物の形状精度を測定し補正を
しているのが実情であった。

本発明は、上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、工作機械に装着された状態における刃具の刃先形
状を測定し、その測定値に基づいて正確な補正を行って
加工を行うことができる工作機械を提供することを目的
とする。

「課題を解決するための手段」上記の目的を達成するなめ、本発明では、同時２軸送り
が可能な数値制御装ｆｆ！（ＣＮＣ装置）により刃具を
工作物に対して相対的に移動させ加工を行う工作機械に
おいて、顕微鏡に工業用１’Ｖカメラを組合わせ、刃具
に対して相対的に移動可能な位置に設置された撮像装置
と、その撮像装置からの映像信号から画像の輪郭位置を
示す輪郭データを抽出する画像処理装置と、刃具の公称
幾可形状を入力するデータ入力手段と、その公称幾可形
状′に従って前記撮像装置の視齋内に刃具の刃先の一部
が順次連続して入るように、ＣＮＣ装置により撮像装置
を次々に相対的に移動させ位置決めするＮＣ位置決め手
段と、その位置決めされた各位置における前記輪郭デー
タ及びＮＣ位置データから、刃具の刃先の幾可学的形状
を特定するパラメータを算出するパラメータ算出手段と
、そのパラメータに基づいて工具補正を行い加工を行う
工ＡＭ正手段と、を備えることを特徴とする刃具形状１
１１Ｈｔｏ能を備えた工作機械が提供される。

「作用」上記のように構成された工作ｖ１械においてはＣＮＣ装
置の送りによる位置決めと、その各位置における輪郭デ
ータとにより、刃具の刃先形状が広′＠囲にわたり測定
される。その広範囲でとらえた刃先形状のデータから、
刃先の幾可学的形状を特定するパラメータ、たとえば、
刃先半径ｆｌ、Ｒ中心、中心先刃先先端位置算出され、
そのパラメータに基づいて工具補正が行われ刃具の位置
が調整される。

「実施例」本発明の実施例について図面を参照し説明する。

第１図は本発明が適用された超精密旋盤を示す正面図で
ある。この旋盤は工作物を正面旋削し、球面等の曲面を
形成するのに用いられる。

ベース１０は熱変位の少ない大理石が用いられている。

大理石ベース１０上にＸ軸周の支持台１１が固定されて
いる。支持台１１に設けられたガイドバー１２に、Ｘ軸
テーブル１３が図面左右方向（Ｘ方向）に摺動自在に案
内され支持されている。Ｘ軸テーブル１３は図示しない
送りねじに螺合され、Ｘ軸モータ１４により送られる。

Ｘ軸テーブル１３上には主軸台１５が固定されている。

主軸台１５にはＸ方向と平行な軸線方向に主軸１６が回
転自在に支承され、主軸モータ１７により回転駆動され
る。主軸１６の先端には真空チャック１８が設けられ、
工作物Ｗを保持できるようにされている。

また、大理石ベース１０上にはＹ動用支持台２１が固定
されている。Ｙ動用支持台２１にはガイドバー２２が設
けられ、Ｙ軸テーブル２３が図面左右方向（Ｙ方向）に
摺動自在に案内されている。

Ｙ軸テーブル２３はＹ軸モータ２４により送られる。Ｙ
軸テーブル２３上には刃物台２５が設けられている。こ
の刃物台２５にシングルポイントダイヤモンドツール等
のバイト２６が固定され、主ＩＦ１１１６正面に保持さ
れた工作物Ｗを正面旋削できるようにされている。

また、大理石ベース１０−ヒにはレーザ測長システム３
０が設置され、Ｘ軸テーブル１３及びＹ軸テーブル２３
の変位を検出するようになっている。

レーザ光は伸縮管３１内を通って各テーブルに送られる
。

さらに、Ｘ軸テーブル１３上に支持フレーム３５が固定
され、その支持フレーム３５に撮像装置３６が固定され
ている。撮像装置３６は、顕微鏡３７にＣＣＤカメラ３
８（工業用ＴＶ右カメラを組み合わせたらのであり、Ｘ
軸及びＹ軸テーブル１３２３を移動することにより、そ
の視野内に刃物台２５に固定されたバイト２６の刃先を
収めることができる位置に設置されている。

ＣＣＤカメラ３８からの映像信号は画像処理装置４０に
人力され、デイスプレィ装置４１に画像が表示されると
共に、データ処理された輪郭データがＣＮＣ装置５０に
送られる。また、ＣＮＣ装置Ｗ５０にはキーボード５１
が付属され、刃具２６の公称幾可形状等を入力できるよ
うにされて髪する。

Ｘ軸モータ１４及びＹ軸モータ２４はＣＮＣ装置５０に
接続され、レーザ測長システム３０からの信号に基づい
て同時２軸制御される。

第２図はＣＣＤカメラ３８１画像処理装置４０及びＣＮ
Ｃ装置５０を示すブロック図である。

画像処理袋Ｗ　４０では、ＣＣＤカメラ３８からの映像
信号がＡ／Ｄ変換器４２によりディジタル信号化される
。ディジタル化された濃淡画像信号は微分演算器４３に
より微分画像信号に変換され、輪郭が強調される６次に
、一定のしきい値を基準に二値化する二値化演算器４４
により画像の輪郭位置を示す輪郭データが抽出されて輪
郭データメモリ４５に格納される１輪郭データはＣＣＤ
カメラ３８の画面中の映像の輪郭位置を示す点前データ
からなるものである６画像処理装置４０はこれらのデー
タ処理を総括するＣＰＵ４６を備えて１）る。

ＣＮＣ’１ａｅ５０は、画像処理装置４０とインターフ
ェース５２を介して結ばれたＣＰＯ５３を備え、制御プ
ログラム等を記憶したＲＯＭ５４．ＮＣ加工データ等が
記憶されるＲＡＭ５５．Ｘ軸及びＹ軸モータをそれぞれ
駆動するサーボＣＰＵ５６．５７を備えている。サーボ
ＣＰ　Ｕ　５６．５７にはレーザ測長システム３０から
の各軸フィードバック信号が入力され、各軸が制御され
る。ＣＩ）Ｕ５３にはインターフェース５８を介してキ
ーボード５１が接続されている。また、ＣＮＣ装置５０
は、キーボード５１から入力された刃具の公称幾可形状
を記憶する公称幾可形状メモリ５つ、Ｘ軸及びＹ軸を送
り広範囲での輪郭データから得られるバイトの刃先形状
を記憶する刃先形状メモリ６０、その刃先形状データか
ら求められた刃先の幾可学的形状を特定するパラメータ
を記憶するパラメータメモリ６１を備える。

第３図はバイト２６の刃先形状を測定する動作を示す平
面図である。バイト２６は刃先が円弧状のＲバイトであ
るとする。まず、Ｘ軸テーブル１３及びＹ軸テーブル２
３を移動し、撮像装置３６の直下にバイト２６の先端を
移動してＣＣＤカメラ３８の視野内にバイト２６の刃先
が収まるようにする。撮像装置３６は顕微鏡３’Ｈこよ
り卑恣合倍率を数千倍に拡大してＣＣＤカメラ３８にと
らえているため、その視野７１は数１０μ×数１０μの
ごく小さな範囲である。狭い視野内の映像から刃先形状
の一部を示す輪郭データを抽出して記憶する１次いで、
Ｘ軸及びＹ軸テーブル１３２３を微少量移動し、顕微鏡
３７による測定スポットを移動してＣＣＤカメラ３８の
視野範囲をずらし、各測定スポット７１，７２．７３・
・・における輪郭データを記憶する。Ｕ定スボ・ｙ）７
１゜７２．７３．、、を移動する際に、予めキーボード
５１から入力された公称のバイトＲ＆Ｉ等の公称幾可形
状データを用いて刃先形状に追従するようにＣＮＣ指令
により移動する。このように測定された多くの測定スポ
ット？１，７２，７３．．．の輪郭データ及びＣＮＣの
送りデータから、広範囲にわたるバイト２６の刃先形状
を点前からなる刃先形状データとして算出する。

この測定算出された刃先形状データは、第４図に点前及
びそれを結ぶ実線８１で示す様に、理想的な円弧８２に
対して多少の凹凸を有する形状を示す。これはバイト２
６刃先の実際の形状誤差を示しているものと考えられる
。そこで、刃先形状データから最小２乗近似等の数学的
処理を行い、真のバイト刃先半径Ｒ，Ｒ中心（図中に０
で示す）。

刃先頂点の位置（図中にＰで示す）等のパラメータを算
出し記憶する。そして、このパラメータＲ１０１Ｐに基
づいて工具補正をし精密な位置決めを行って加工を行お
うとするのである。

第５図は以上述べた制御思想を実現する処理を示すフロ
ーチャートである。処理１００が開始されると、まずス
テップ１０１でキーボード５１からバイト２６の公称焼
野形状が入力され、その値が公称幾可形状メモリに記憶
される。ステップ１０２では、その公称幾可形状値に基
づいて、頴微鏡３７を次々に移動して測定する測定スポ
ット７１．７２．７３’、、、の中心位置（ｘｉ、　ｙ
ｉ）が計算される。ステップ１０３では、その計算され
たスポット中心位置（ｘ　ｉ、　ｙ　ｉ）に従ってＸ軸
及びＹ軸テーブル１３．２３を移動し、各位置における
輪郭データ（ｘ　ｊ、　ｙ　ｊ）から刃先形状データ（
ｘｉｊ。

ｙｉｊ）を算出し、刃先形状メモリ６０に記憶する。

刃先形状データ（ｘ　ｉｊ、　ｙ　ｉｊ）は刃先位置を
示す多数の点前からなる。ステップ１０４では、刃先形
状データ（ｘ　ｉＬｙ　ｉｊ）から最小２乗法を用いて
刃先の真の半径Ｒを算出し、パラメータメモリ６１に記
憶する。同様にステップ１０５では、刃先形状データ（
ｘ　ｉｊ＋　ｙ　ｉｊ）からＲ中心位置Ｏ９刃先頂点位
Ｈｐを算出しパラメータメモリ６１に記憶する。

以下は、パラメータメモリ６１に記憶された刃先半径Ｒ
，Ｒ中心０．刃先頂点位１ｐ等のパラメータに基づいて
工具補正がかけられ、Ｘ軸テーブル１３及びＹ軸テーブ
ル２３が制御されることになる。たとえば、ステップ１
０６で刃先頂点の位置決め座標が入力されると、ステッ
プ１０６で、その位置が前記パラメータで補正された指
令値となって各軸のサーボＣＰＵ５６，５７に出力され
位置決め制御される。

以上述べた実施例では、刃先が円弧状のＲバイトを例に
説明したが、刃具の刃先形状は円弧に限らず、平バイト
等においても本発明が適用できることは明らかである。

また、工作機械にＸ軸及びＹ軸の直交２軸を有するもの
を例に説明したが、旋回軸（Ｂ軸）を持つ機械にも同様
に適用できる。

「発明の効果」以上説明したように本発明はＬ記の構成を有し、広範囲
にわたり刃具の刃先形状を測定するものであるから、工
作機械に装着された状態における刃具の刃先形状を正確
に測定し、サブミクロンオーダでの刃具の正確な位置決
めが可能になるという優れた効果がある。

、、ｙｍテーブル、　　２６　、、、パイ１−１　３０
　、、、ｌ。

−ザ測長システム、　３６　、、、撮像装置、　３７゜
、Ｒ＊鏡、　３８．、、ＣＣＤカメ−＞（工業用ＴＶ７
’７メラ）、　４０　、、、画像処理装置、　５０　、
、、ＣＮＣ装置。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は本発明が適用さ
れた超精密旋盤を示す正面図、第２図はブロック図、第
３図は測定作動を説明する平面図、第４図は刃先形状デ
ータを示す模式図、第５図は処理を示すフローチャート
である。１３　、、、Ｘ軸テーブル、　１．６．、、主軸、　２
３゜第図第図第図「「′ しχ・。口・巨！口・

Claims

【特許請求の範囲】同時２軸送りが可能な数値制御装置（ＣＮＣ装置）によ
り刃具を工作物に対して相対的に移動させ加工を行う工
作機械において、顕微鏡に工業用ＴＶカメラを組合わせ、刃具に対して相
対的に移動可能な位置に設置された撮像装置と、その撮像装置からの映像信号から画像の輪郭位置を示す
輪郭データを抽出する画像処理装置と、刃具の公称幾可
形状を入力するデータ入力手段と、その公称幾可形状に従って前記撮像装置の視野内に刃具
の刃先の一部が順次連続して入るように、ＣＮＣ装置に
より撮像装置を次々に相対的に移動させ位置決めするＮ
Ｃ位置決め手段と、その位置決めされた各位置における前記輪郭データ及び
ＮＣ位置データから、刃具の刃先の幾可学的形状を特定
するパラメータを算出するパラメータ算出手段と、そのパラメータに基づいて工具補正を行い加工を行う工
具補正手段と、を備えることを特徴とする刃具形状測定機能を備えた工
作機械。