JPH1199450A - 工作機械の工具長測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、接触式センサでは測定不能または困難
とされていた微小径工具の工具長測定を、刃先の欠損、
折損を生ぜず、自動的に、かつ、効率的に、高精度で測
定可能とする、信頼性の高い工具長測定システムを提供
する。 【解決手段】 光学式の非接触形センサ51と触圧の小さ
な接触式センサ63とを併設し、工具１を第一速度で素速
く軸送りして、その先端位置をいち早く光学式の非接触
形センサ51により検出し、触圧の小さな接触式センサ63
の測定子65の僅か上部位置まで誘導した後、軸送り速度
を第二速度に変速させると共に、工具１を測定子65に静
かにゆっくり当接、検出させ、機上で工具長の自動測定
をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣフライス盤や
マシニングセンタ等の工作機械の主軸に装着された工
具、特に微小径の工具の工具長を測定する工作機械の工
具長測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な形状・材質よりなる微小径
の工具、たとえば、ダイヤモンドなど材質的に非常に脆
い工具、工具径が０．１mmφ程度の極小径ドリル（材
質、超硬）、刃先が非常に鋭利な彫刻用の半月形状の工
具等を用いて、高速、かつ、高精度に微細な加工を行う
工作機械が出現している。こうした工作機械において
は、たとえば、加工に必要な工具をあらかじめ用意して
おき、ＮＣフライス盤やマシニングセンタ等の工作機械
に付属した自動工具交換装置を利用して工作機械の主軸
に前記工具を順次、装着して所望形状の加工を自動的に
行うようにしている。

【０００３】ここに、工作機械の自動工具交換装置の一
例として、本出願人の出願による特開平８−174364号公
報に示されたＮＣ工作機械の工具交換装置（以下、「第
１の従来技術」という）がある。これは、工具を収納す
る工具ポットを複数個設けた工具マガジンと工作機械の
主軸との間に工具転送アームを介在させず、工具マガジ
ンと工作機械の主軸との間のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への相対
移動により直接的に工具交換を行うアームレス方式と、
工具を一旦、工具ホルダに固定して工具ホルダごと工具
交換を行うのではなく、工具ホルダを介在させずに工具
を工具マガジンと工作機械の主軸との間で、直接的に交
換するホルダレス方式との、両方式を採用した工具交換
装置である。

【０００４】ところで、上記「第１の従来技術」に示す
工具交換装置を利用して所望の工具を工作機械の主軸に
直接的に装着する場合には、前記工具交換装置の機構
上、工具交換の都度、工具長にばらつきが生ずる。ま
た、所望の工具を工作機械の主軸に工具ホルダを介在さ
せて装着する場合にも、主軸への工具ホルダの装着状態
によっては、工具交換の都度、工具長にばらつきが生じ
ることがある。そこで、工具交換後に工作機械の機上で
主軸に装着された工具の工具長を測定し、必要に応じて
工具長の変位量を演算し、その変位量を算入、補正した
上で加工を行うことにより、高精度の加工を実現してい
る。

【０００５】工作機械の機上で工具長の測定を行う装置
としては、上記した「第１の従来技術」に示すように、
工作機械の機上で加工の妨げとならない所定位置にタッ
チセンサなどの接触式検出器を設け、工具交換後に主軸
に装着された工具を接触式検出器の測定子に接触させ、
基準位置から接触位置までの主軸の移動量に基づいて工
具長を演算して求める、いわゆる、接触式工具長測定装
置が知られている。

【０００６】また、本出願人の出願による特願平８−14
0648号（以下、「第２の従来技術」という）に示すよう
に、工作機械の機上で加工の妨げとならない所定位置に
投光部と受光部とを備えた光学式非接触形検出器を設
け、工具交換後に主軸に装着された工具を非接触形検出
器の測定領域に移動させ、基準位置から遮光検出位置ま
での主軸の移動量に基づいて工具長を演算して求める、
いわゆる、非接触式の工具長測定装置も存在する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】工具交換後に主軸に装
着された微小径の工具、たとえば、上述したダイヤモン
ドなどの材質的に非常に脆い材料からなる工具、工具径
が０．１mmφ程度の極小径ドリル、刃先が非常に鋭利な
形状の彫刻用工具等（以下、「微小径の工具」という）
の工具長測定は、従来、工具を加工時における回転数で
回転させながらオペレータが手動で工具を徐々に移動さ
せ、工具刃先の欠損や折損を招かないように細心の注意
を払いながら工具を工作機械の機上に設けた基準面に接
触させると共に、基準位置から接触位置までの主軸の移
動量に基づいて工具長の演算を行うようにしている。し
かし、これでは、工具長の測定時に人が介在しなければ
ならず、工具長の測定から加工までを自動的に行うこと
ができない。さらに、工具刃先を欠損、折損させないよ
う測定中には細心の注意が必要であり、測定には熟練と
相当時間を必要とする。

【０００８】また、上記した「第２の従来技術」に示す
ような光学式の非接触形検出器を利用して工具交換後に
主軸に装着した微小径の工具の工具長測定を行う場合に
は、工具の刃先形状や工具の刃先に付着した切削液の油
膜の影響で、光学式の非接触形検出器の投光部から照射
される光線が回折現象（光が障害物の端を通過して伝播
する時に、その後方の影の部分に侵入する現象）を引き
起こして受光部に向けて直進し難くなり、工具長測定時
に工具の遮光検出位置に僅かな誤差を生じ、厳密で高精
度な工具長測定を行うことが困難となってしまう。

【０００９】前記の問題点を避けるためには、工具交換
後に主軸に装着された微小径の工具の工具長測定は、た
とえば上記した「第１の従来技術」に示す接触式検出器
を利用して行うのが最も望ましい。ところで、近年、加
工の高速化に伴い工作機械の送り軸の移動時における振
動発生要素が増加しており、こうした振動に影響されな
いような接触式検出器、つまり、触圧が高い（１００〜
１５０ｇ程度）測定子を有した検出器が、工具長測定の
ために利用されている。さらに、工具長測定時に、工具
を接触式検出器の測定子へアプローチする速度を高めて
工具長測定時間を可及的に短縮し、ひいては、加工時間
の短縮化を図ることが行われている。

【００１０】しかし、接触式検出器を利用して工具交換
後に主軸に装着された微小径の工具の工具長測定を行う
場合に、前記検出器の触圧や測定子への工具のアプロー
チ速度等の測定条件の如何によっては、測定子への接触
時に工具刃先の欠損や折損を引き起こすおそれがある。
そこで、接触式検出器を利用して主軸に装着された微小
径の工具の工具長測定を自動的に行うためには、あらか
じめ当該接触式検出器の測定子の触圧を低く（２０〜２
５ｇ程度）設定し、かつ、測定子への工具のアプローチ
速度を極めて低速にする必要がある。そうすると、工具
長測定時間を徒に長くすることとなり、ひいては、加工
時間を引き伸ばす結果を招く。

【００１１】本発明の目的は、従来の工具長測定方法及
び装置に内在する上記の諸問題を解消し、微小径の工具
の工具長測定を工作機械上で、短時間、かつ、高精度に
行うことができる工作機械の工具長測定方法及び装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、工作機械上に光学式の工具先端位置検出手段と接触
式の工具先端位置検出手段とを併設して、光学式の工具
先端位置検出手段へ向けて比較的速い送り速度で工具を
移動させてその先端位置を検出し、その後、あらかじめ
設定した所定位置から、かなり遅い送り速度で工具を、
接触式の工具先端位置検出手段へ向けて移動させてその
先端位置を検出し、接触式の工具先端位置検出手段で検
出した工具の先端位置と主軸の基準位置とから当該工具
の工具長を演算するようにしたものである。詳細には、
次に述べるとおりの各構成要件を具備している。 （１） 主軸に装着された工具とワークとを相対移動さ
せて前記ワークを加工する工作機械において、前記工具
と相対移動可能な所定位置に光学式の工具先端位置検出
手段及び接触式の工具先端位置検出手段を設け、前記工
具を第一の送り速度で前記光学式の工具先端位置検出手
段の測定領域へ向けて移動させ前記工具先端位置を検出
するとともに、前記接触式の工具先端位置検出手段の測
定子より所定距離だけ離れた位置へ誘導し、前記工具を
前記第一の送り速度より小さな第二の送り速度で、前記
所定位置から前記接触式の工具先端位置検出手段の測定
子へ向けて移動させ、前記工具の先端位置を検出し、前
記接触式の工具先端位置検出手段で検出した前記工具の
先端位置とあらかじめ設定した前記主軸の基準位置とか
ら前記工具の工具長を演算する、工作機械の工具長測定
方法。

【００１３】（２） 数値制御部からの送り軸の移動指
令により主軸に装着された工具とワークとを相対移動さ
せて前記ワークを加工する工作機械において、前記工具
と相対移動可能な所定位置に設けられた光学式の工具先
端位置検出手段と、前記工具と相対移動可能な所定位置
に設けられ測定子を有した接触式の工具先端位置検出手
段と、前記工具を第一の送り速度で前記光学式の工具先
端位置検出手段の測定領域へ向けて移動させ前記工具の
先端位置を検出するとともに、前記接触式の工具先端位
置検出手段の測定子より所定距離だけ離れた位置へ誘導
し、前記工具を前記第一の送り速度より小さい第二の送
り速度で前記所定位置から前記接触式の工具先端位置検
出手段の測定子へ向けて移動させ、前記工具の先端位置
を検出するよう測定動作を制御する測定制御手段と、前
記接触式の工具先端位置検出手段で検出した前記工具の
先端位置とあらかじめ設定した前記主軸の基準位置とか
ら前記工具の工具長を演算する工具長演算手段と、を具
備する工作機械の工具長測定装置。

【００１４】（３） 前記光学式の工具先端位置検出手
段の測定領域の略下方位置に前記接触式の工具先端位置
検出手段の測定子を配置した上記第（２）項に記載の工
作機械の工具長測定装置。

【００１５】

【作用】本件発明の作用を概略、説明すれば、次のとお
りである。 工具交換後の工具を第一の送り速度で軸送りするこ
とにより光学式の非接触形位置検出手段の測定領域に進
入させ工具の先端位置を素速く検出すると共に、前記工
具を触圧の小さな接触式位置検出手段の測定子前の同測
定子に近接した個所まで、第一の送り速度のまま誘導す
る。 工具を接触式位置検出手段の測定子前の同測定子に
近接した個所に到達させると同時に、前記工具の送り速
度を第一の速度に較べ極めて遅い第二の送り速度に減速
する。

【００１６】 工具の移動に基づき発生する振動の影
響を避けるために、工具先端が接触式位置検出手段の測
定子に近接した前記個所を通過する時点で、初めて接触
式位置検出手段の検出信号を有効（起動）にする。 工具先端を接触式位置検出手段に近接した前記個所
から、測定子に徐々に第二の送り速度で進入させるこ
と、また、触圧の極めて小さな接触式位置検出手段を採
用することにより、微小径工具の刃先先端が測定子に接
触したときに、欠損、折損が生じないように図る。

【００１７】 工具先端が接触式位置検出手段の測定
子に接触した信号が送り軸位置検出手段に入力される
と、工具の軸送りを停止すると共に、送り軸位置検出手
段からの前記信号と、あらかじめ記憶させてある工具取
付基準位置とに基づき、工具長演算手段で工具長を機上
において算出する。 以上、述べた方法、装置に基づき、従来、接触式位
置検出手段による自動測定には馴染まない、または不可
能とされた微小径工具の工具長の測定を工具刃先の欠
損、折損を生じることなく、通常の工具長の測定とほ
ぼ、同程度の時間で高精度に測定することが可能とな
り、当該微小径工具による工具交換を含む、連続加工、
加工面に段差が生じることのない高精度加工を可能にし
た。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て説明するが、本発明の構成要件のうちには、本発明の
出願当時の当業界の技術水準の範囲内で、適宜に変更可
能な部材を含むから、本実施形態のみに基づいて、発明
の要旨を減縮して解することは許されない。図１は、本
発明の工具長測定方法を実施する工作機械の工具長測定
装置の一実施形態の要部側面図及び構成ブロック図、図
２は、図１の矢視Ａによる工具交換装置及び工具長測定
装置の要部正面図である。図３は、前記装置の構成要素
の一つである光学式の非接触形位置検出装置の平面図を
示す。

【００２０】まず、図１，図２を参照して、工具長測定
装置を備えたＮＣ工作機械の要部を説明する。図中、Ｎ
Ｃ工作機械の本体（図示せず）には、工具１を装着した
主軸３が主軸頭５に回転自在に軸支され、ＮＣ装置68の
数値制御部69からの指令に基づき、Ｘ軸送りモータ７、
Ｙ軸送りモータ９、Ｚ軸送りモータ11及び主軸回転用モ
ータ(図示せず)を駆動することにより、主軸頭５とワー
ク（図示せず）を載置するテーブル13との間で、Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸の直交３軸方向への相対移動を行わせ、また、
主軸３を主軸頭５内で回転させる。主軸３内に設けたド
ローバー（図示せず）下部には工具１を把持するコレッ
トチャック15が螺着され、主軸３内でドローバーがコレ
ットチャック15と共に上下方向に移動可能なように組付
けてある。

【００２１】図２において、テーブル13の側面に取り付
けたブラケット19上にガイド21を設け、前記ガイド21に
よりＸ軸と平行な方向へ往復移動可能に案内されるキャ
リア23上にマガジンベース25を立設し、工具１を収納す
る工具マガジン17がマガジンベース25上に固定されてい
る。工具マガジン17は、樹脂などの弾性材料からなる板
材で、板厚の中間部に溝部17b が形成された上下二層よ
りなり、工具１を収納する８個の工具ポット17a が形成
されている。各工具１には弾性リング27が嵌着されてお
り、前記弾性リング27が、工具１を工具マガジン17の工
具ポット17a への収納時に前記溝部17b に嵌合して、そ
の上下が挟まれて軸線方向のおよその基準となり、工具
ポット17a に把持される。

【００２２】キャリア23の左側面（図２参照）に取り付
けたプレート29には、ブラケット19に設けたシリンダ31
のピストンロッド33の一端が固定され、シリンダ31に加
圧空気を供給してロッド33を進退させることにより、キ
ャリア23をガイド21に沿ってＸ軸と平行な方向へ移動さ
せ、その結果、キャリア23上に立設したマガジンベース
25上に固定された工具マガジン17を、工具交換が可能で
ある前進位置（図２参照）とワークの加工領域外の退避
位置との間で往復移動させることができる。前記プレー
ト29の右側面にプーリ35を回転自在に支持するプーリブ
ラケット37を取り付け、プーリ35と同軸上に固定された
ピニオン39が、ガイド21に取り付けたラック41と噛み合
っている。プレート29には、加工中に切屑や切削液が工
具マガジン17周辺部に付着することを防止するカバー43
が取り付けてあり、前記カバー43には、プーリ45と共動
するマガジンカバー47が同軸上に枢着され、プーリ35，
45との間にベルト49が張設されている。

【００２３】通常、工具マガジン17は、ワークの加工領
域外である退避位置にあるが、ＮＣ装置68の数値制御部
69から工具交換の指令が送出されたときは、機械制御装
置71に工具マガジン移動指令が送られシリンダ31を作動
させてピストンロッド33を引き込み、プレート29を右行
させて工具マガジン17を工具交換位置に前進させる。同
時に、ガイド21に取り付けたラック41と噛み合っている
ピニオン39及びピニオン39に固定したプーリ35が反時計
方向に回り、ベルト49を介してプーリ45を反時計回りに
回転させ、マカジンカバー47を開く。この状態におい
て、工具マガジン17とＮＣ工作機械の主軸３との間で
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向への相対移動による自動工具交換また
は、工具マガジン17に収納されている工具１の手動によ
る差換えが可能になる。

【００２４】すなわち、工具交換時、主軸３に装着され
た工具１を工具マガジン17の工具ポット17a に収納する
ときは、ドローバーを下方に押し出すことによりコレッ
トチャック15を主軸３先端部から突出させ、コレットチ
ャック15を主軸先端部のテーパ穴から開放するように
し、工具１をアンクランプする。工具マガジン17の工具
ポット17a に収納した工具１を主軸３に装着するとき
は、ドローバーを引き上げてコレットチャック15のテー
パ部と主軸３先端部のテーパ穴とを嵌合させることによ
りコレットチャック15に把持力を与え、工具１をクラン
プする。

【００２５】加工の妨げとならないテーブル13上の所定
位置には、工具１の先端位置を検出するラインセンサ
（光学式の非接触形検出器）51を設けている。ここで、
ラインセンサ51はテーブル13上に限られず、主軸３、つ
まり工具１と相対移動可能な位置ならば何処に設けられ
ていてもよい。図３(a)に示すように、前記ラインセン
サ51は、テーブル13上に取り付けられたセンサベース51
a 内に、発光ダイオードなどの光源からの光を平行光線
53へ変換するレンズを内蔵する投光部51b と、投光部51
b から投光された光線53を受光する複数個の電荷結合型
素子（ＣＣＤ）等の受光素子55が所定間隔（たとえば数
μm 間隔）で配列された受光部51c とが設けられ、投光
部51b と受光部51c とは互いに対向するように配置され
ている。工具長測定時に、工具１がラインセンサ51の投
光部51b と受光部51c との間の測定領域に達し、投光部
51b から照射される光線53を遮光したことを受光部51c
の受光素子55で検出し、電気信号に変換している。

【００２６】なお、図示していないが、センサベース51
a の測定領域入口部と底部に、ラインセンサ51に故障が
発生したり誤作動が生じたときに備えて、工具１との接
触を検出する接触板を設けてもよい。前記底部の接触板
には、工具長測定時に、工具１からラインセンサ51の測
定領域に飛散する切屑や切削液が投光部51b 及び受光部
51c を汚さないようにすると共に、投光部51b 及び受光
部51c の曇り止めの効果も奏するように、測定領域に向
け加圧空気を上向きに噴出する複数個のノズルが配設さ
れていてもよい。前記加圧空気は、工具１に向けても噴
射すれば、工具長測定時に工具１の刃先等に付着した切
屑、切削液などを測定領域外に吹き飛ばすことも可能で
ある。

【００２７】前記ラインセンサ51を取り囲むように設け
たセンサカバー57は、加工中に飛散する切屑や切削液が
ラインセンサ51周辺部に付着するのを防止するものであ
り、工具長測定時には、シリンダ（図示せず）に加圧空
気が供給されて開き、ラインセンサ51の測定領域を工具
１に対して開放する。再び、図１を参照して、前記ライ
ンセンサ51の測定領域に対し主軸３の軸送り方向（Ｚ軸
方向）に沿って、より下方位置に測定領域を有し、か
つ、加工の妨げとならないテーブル13上の所定位置に工
具先端位置検出のための接触式センサ63を設けている。
接触式センサ63もラインセンサ51と同様、テーブル13上
に限らず、工具１と相対移動可能な位置ならば何処に設
けられていてもよい。

【００２８】さきに述べたとおり、従来、機械加工の高
速化、測定時間の短縮化を目的として、工具長測定用の
接触式センサに対する測定進入速度を高速化し、それに
応じ測定子の触圧を１００〜１５０ｇ程度に高くして、
軸送りに基づき発生する振動が測定精度に影響しないよ
うにするのが一般的であるが、本実施形態の接触式セン
サ63では、この測定子65の触圧を２０〜２５ｇ程度に小
さくして、工具先端の接触時に、刃先の欠損、折損が生
じないよう設計している。さらに、測定領域に進入する
工具１の送り速度を遅くして、工具長測定時には工具先
端が緩やかに測定子65に当るように配慮されてる。な
お、接触式センサ63にも、同センサ63を取り囲むように
センサカバー67が設けてあり、加工中に飛散する切屑や
切削液が接触式センサ63周辺部に付着するのを防止して
いる。このセンサカバー67も工具長測定時にはシリンダ
（図示せず）にエアが供給されて開き、接触式センサ63
の測定領域を開放する。

【００２９】工作機械の制御手段は、ＮＣ装置68と機械
制御装置71とにより構成される。ＮＣ装置68内の数値制
御部69は、加工プログラム及び工具長測定プログラムで
なるＮＣプログラムを読み取り、解読して直線補間や円
弧補間の演算を行い、移動指令をサーボ部を通してＸ軸
送りモータ７、Ｙ軸送りモータ９、Ｚ軸送りモータ11に
送出して各軸送りモータの駆動制御を行うと共に、主軸
回転用モータに主軸３の回転指令を送出する。また、Ｎ
Ｃプログラムの加工プログラムには工具交換指令などが
含まれ、加工工程において工具交換指令が送出されたと
きには、加工の一時中止、工具マガジン17の移動、主軸
３のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動による工具１の交換等の
指令を、順次、プログラムに従って機械制御装置71へ送
出する。

【００３０】機械制御装置71は、測定制御部73、工具長
演算部75、データ記憶部77及び送り軸位置検出部79より
構成されている。測定制御部73には、ＮＣプログラムの
工具長測定プログラムが記憶され、ラインセンサ51また
は接触式センサ63の測定領域への工具移動指令、ライン
センサ51への工具アプローチ速度（第一送り速度）指
令、接触式センサ63の測定子65への工具アプローチ速度
（第二送り速度）指令、接触式センサ63の測定子65から
所定距離離れた位置（工具アプローチ速度を第一送り速
度から第二送り速度へ減速する送り軸の位置）への工具
移動指令などが含まれる。

【００３１】データ記憶部には、工具長を演算する基準
となる送り軸の位置（キャリブレーションデータ）が、
加工を行う前にあらかじめ求められ、記憶されている。
キャリブレーションデータは、主軸１の先端部がライン
センサ51における遮光を検出したときの送り軸の位置及
び主軸１の先端部が接触式センサ63の測定子65における
接触を検出したときの送り軸の位置である。キャリブレ
ーションデータを求める際に、主軸１の先端部を各セン
サ51，63にアプローチするときに、主軸１の外径によっ
ては主軸１と各センサ本体51，63との干渉が発生するこ
とが想定される。そこで、工具長が既知の工具を主軸１
に装着して、当該工具が各センサ51，63における遮光ま
たは接触を検出したときの送り軸の位置を検出して、こ
れらの検出位置と既知の工具長とから主軸１の先端部が
各センサ51，63における遮光または接触を検出したとき
の送り軸の位置を逆算するようにしている。

【００３２】送り軸位置検出部79では、ＮＣ装置68の数
値制御部69から各軸送りモータ７，９，11に送出される
移動指令により、ロータリエンコーダ８，10，12やリニ
アスケールなどを介してＸ，Ｙ，Ｚ軸の各送り軸の位置
を刻々読み込んでおり、工具長測定時に、工具１先端部
の各センサ51，63における遮光または接触信号を受け
て、そのときのＸ，Ｙ，Ｚ軸の各送り軸の位置を検出す
ることができる。工具長演算部75では、工具長測定時
に、工具１先端部の各センサ51，63による遮光または接
触を検出したときの送り軸位置検出部79におけるＸ，
Ｙ，Ｚ軸の各送り軸の位置データと、データ記憶部77に
記憶された主軸１の先端部の基準位置データとから工具
長を演算する。また、必要に応じて、工具長の変位量で
ある工具オフセット量を演算して、測定制御部73を介し
てＮＣ装置68の数値制御部69へ送出している。

【００３３】（実施形態１）以上、述べた工作機械の工
具長測定装置に基づいて、本実施形態の工具長測定方法
を説明する。 （１）所望形状の加工に使用する複数の微小径工具を含
む工具１に対し弾性リング27を嵌着して、工具マガジン
17の工具ポット17a に収納する。主軸３に別の工具１が
装着されている場合には、前記工具１を返却、交換する
ための空の工具ポット17a を、工具マガジン17に設けて
おく必要がある（図１参照）。 （２）ＮＣ装置68の数値制御部69から工具交換指令が送
出されると、機械制御装置71に工具マガジン移動指令が
送られ、シリンダ31（図２参照）に加圧空気が供給さ
れ、工具マガジン17が工具交換可能な位置まで前進する
と共に、マガジンカバー47を開放する。その後、工具マ
ガジン17と主軸３との間で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向への相対
移動により自動工具交換が行われる。その都度、上述し
たとおり、主軸３のコレットチャック15を開閉して工具
１の開放、装着が行われる。

【００３４】（３）工具交換が完了すると、再び、シリ
ンダ31に加圧空気が供給され、工具マガジン17を旧位置
まで後退させると共に、マガジンカバー47を回動させ、
工具マガジン17をカバーする。 （４）工具交換後に、機械制御装置71の測定制御部73に
記憶された工具長測定プログラムからの指令に基づき、
工具１が、ラインセンサ51の測定領域上に位置決めされ
る。 （５）次いで、ラインセンサ51及び接触式センサ63のセ
ンサカバー57，67を開放状態とすると共に、ラインセン
サ51の投光部51b から受光部51c に向けて、光線53を照
射する。このときは、まだ、接触式センサ63は、起動し
ていない。

【００３５】（６）工具１をラインセンサ51の測定領域
に向け、たとえば2000mm／min 程度の送り速度（第一送
り速度）でＺ軸方向へ移動させる。 （７）工具１の先端部によりラインセンサ51の受光部51
c に向けた光線53を遮光した出力が、ＮＣ装置68の数値
制御部69に送出されて工具１のＺ軸方向への移動を一時
停止または減速させる。同時に、機械制御装置71の送り
軸位置検出部79では、工具１の先端部によるラインセン
サ51の遮光出力を受けて、その瞬間の送り軸（Ｚ軸）の
位置を検出する。こうして、主軸３に装着された当該工
具１の先端位置を求めることができる。 （８）その後、工具１を接触式センサ63の測定子65上に
移動させ、さきの工具１の先端部が接触式センサ63の測
定子65の上方位置、たとえば、50μm 程度上方位置に達
するまで、再度工具１を第一送り速度でＺ軸方向へ移動
させると共に、同位置に達すると同時に、工具１の送り
速度を、たとえば、0.3 mm／min 程度のかなり遅い送り
速度（第二送り速度）に減速させて、接触式センサ63の
測定子65に向けて移動させる。ここで、工具１の送り速
度が第二送り速度に減速されると同時に、測定子65の触
圧が２０〜２５ｇ程度の接触式センサ63を起動させる
（接触式センサ63からの検出出力を有効にする）ように
して、軸送りにより生じる振動が接触式センサ63の検出
精度に影響しないよう図られている。

【００３６】（９）工具１の先端部により接触式センサ
63の測定子65に接触した出力が、ＮＣ装置68の数値制御
部69に送出されて工具１のＺ軸方向への移動を停止させ
る。同時に、機械制御装置71の送り軸位置検出部79で
は、工具１の先端部による接触式センサ63の接触圧力を
うけて、その瞬間の送り軸（Ｚ軸）の位置を検出して、
工具長演算部７５に送出する。よって、接触式センサ63
の触圧が極めて小さい測定子65に、工具１をかなり遅い
送り速度で軸送りして接触させるようにしたので、微小
径工具であっても工具刃先が欠損または折損するおそれ
がない。 （10）機械制御装置71の送り軸位置検出部79で検出、送
出された、工具１の先端部が接触式センサ63の測定子65
に接触した瞬間の送り軸（Ｚ軸）の位置と、データ記憶
部77で記憶された送り軸の基準位置データ、つまり主軸
１の先端部の基準位置データとを受けて、工具長演算部
75では当該工具１の工具長を演算する。

【００３７】（実施形態２）図３(ｂ)に示すとおりのレ
ーザセンサ59を、前記〈実施形態１〉に説明した工具長
測定方法、装置の構成要素のうちのラインセンサ51に代
えてテーブル13上に配置し、構成する。レーザセンサ59
も、ラインセンサ51と同様、工具１と相対移動可能な位
置にあればよい。ラインセンサ51の光線53には幅を持た
せてあるために、工具１を回転させなくても工具１の先
端部の最も突出した位置を検出することができる。前記
レーザセンサ59の投光部59b は、一本のビーム状（レー
ザ）光線61を対向する受光部59c に向けて照射するだけ
であるので、工具長測定時には、工具１を回転（通常、
加工状態における回転数とする）させながらレーザセン
サ59の投光部59b と受光部59c との間の測定領域に進入
させるようにしなければ、工具１の先端部の最も突出し
た位置を検出することができず、精度の高い工具長測定
ができないとされている。

【００３８】なお、51a は、レーザセンサ59のセンサベ
ースである。その他の構成、たとえば、センサカバー、
接触板等のセンサ付属機器については、前記ラインセン
サ51のそれと同一と理解してもよい。本実施形態におい
ては、工具１の先端位置の検出が接触式センサ63により
行われる段階では、主軸３の回転を停止させる。その他
の工具先端位置の測定手段、構成、作用は、（実施形態
１）に説明したとおりである。

【００３９】（実施形態３）上述した２つの実施形態に
おける工具長測定方法、装置においては少なくとも、光
学式の非接触形センサと接触式センサ63とを併用して、
従来、接触式センサ63のみでは困難とされていた微小径
工具の工具長測定を、工具刃先の欠損または折損を起こ
すことなく、短時間、高精度で測定することを可能とし
た。この場合、さきの工具長測定方法、装置の構成から
みて、光学式の非接触形センサと接触式センサ63とを工
具１の軸送り（Ｚ軸)方向に沿って併設すれば、工具１
を前記非接触形センサの測定領域から接触式センサ63の
測定子65まで一気に移動させることができ、Ｘ，Ｙ軸方
向に水平移動させる動作、時間を節減することができ、
ひいては測定時間を短縮できることは明らかである。

【００４０】図４は、（実施形態１）の光学式の非接触
形センサ51と接触式センサ63の要素について、上記の趣
旨に沿って上下方向に相互位置を配置し直した別の実施
形態の要部側面図である。図中、図１，２及び３記載の
センサ構成部材に付した符号と、同一の符号を付した部
材は、図１，２及び３に説明のものと同一である。本実
施形態では、光学式の非接触形センサ51の測定領域と、
接触式センサ63の測定子65とは垂直方向に重なってお
り、工具１のＺ軸方向への移動のみで工具１の先端位置
検出が可能であり、したがって、光学式の非接触形セン
サ51の測定領域と接触式センサ63の測定子65との間で、
工具１の水平面のＸ，Ｙ軸方向への移動は必要でない。

【００４１】当該光学式の非接触形センサは、ラインセ
ンサ51でも、レーザセンサ59であっても良い。主軸３の
回転は、前記センサの型式に対応し、さきの説明のとお
り、プログラムされいてる。その他の構成、作用につい
ては、（実施形態１）記載の説明を参照すること。本発
明の実施形態を、主軸が垂直軸線回りに回転する立形マ
シニングセンタの形態に基づいて説明したが、主軸が水
平軸線回りに回転する横形マシニングセンタにも応用で
きることはいうまでもない。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、 光学式非接触形センサと触圧の小さな接触式センサ
とを併設することにより、従来、不可能または困難とさ
れていた微小径工具の工具長の自動測定が可能となり、
微小径工具を順次交換しても、交換後にその工具長を精
密に測定することができ、ワーク加工面に段差が生じる
ことのない、高精度な加工を連続的に行うことができ
る。 光学式非接触形センサにより工具の先端位置を検出
し、これを素速く触圧の小さな接触式センサの測定子近
接個所まで誘導し、以後、極めて緩やかな工具の軸送り
をさせることにより、工具刃先の欠損、折損事故がな
く、短時間で精度良く効率的に工具長の測定ができる。
等々、従来方法、装置には、期待することができない、
作用、効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明工具長測定方法を実施する工作機械の工
具長測定装置の一実施形態を示す要部側面図及び構成ブ
ロック図である。

【図２】図１の矢視Ａによる工具交換装置及び工具長測
定装置の要部正面図である。

【図３】光学式の非接触形位置検出装置の平面図であ
る。

【図４】本発明工具長測定方法を実施する工作機械の工
具長測定装置の別の実施形態の要部側面図である。

【符号の説明】

１ 工具 ３ 主軸 13 テーブル 51 ラインセンサ 53，61 光線 59 レーザセンサ 63 接触式センサ 65 測定子 68 ＮＣ装置 69 数値制御部 71 機械制御装置 73 測定制御部 75 工具長演算部 77 データ記憶部 79 送り軸位置検出部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣフライス盤や
マシニングセンタ等の工作機械の主軸に装着された工
具、特に微小径の工具の工具長を測定する工作機械の工
具長測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な形状・材質よりなる微小径
の工具、たとえば、ダイヤモンドなど材質的に非常に脆
い工具、工具径が０．１ｍｍφ程度の極小径ドリル（材
質、超硬）、刃先が非常に鋭利な彫刻用の半月形状の工
具等を用いて、高速、かつ、高精度に微細な加工を行う
工作機械が出現している。こうした工作機械において
は、たとえば、加工に必要な工具をあらかじめ用意して
おき、ＮＣフライス盤やマシニングセンタ等の工作機械
に付属した自動工具交換装置を利用して工作機械の主軸
に前記工具を順次、装着して所望形状の加工を自動的に
行うようにしている。

【０００３】ここに、工作機械の自動工具交換装置の一
例として、本出願人の出願による特開平８−１７４３６
４号公報に示されたＮＣ工作機械の工具交換装置（以
下、「第１の従来技術」という）がある。これは、工具
を収納する工具ポットを複数個設けた工具マガジンと工
作機械の主軸との間に工具転送アームを介在させず、工
具マガジンと工作機械の主軸との間のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
への相対移動により直接的に工具交換を行うアームレス
方式と、工具を一旦、工具ホルダに固定して工具ホルダ
ごと工具交換を行うのではなく、工具ホルダを介在させ
ずに工具を工具マガジンと工作機械の主軸との間で、直
接的に交換するホルダレス方式との、両方式を採用した
工具交換装置である。

【０００４】ところで、上記「第１の従来技術」に示す
工具交換装置を利用して所望の工具を工作機械の主軸に
直接的に装着する場合には、前記工具交換装置の機構
上、工具交換の都度、工具長にばらつきが生ずる。ま
た、所望の工具を工作機械の主軸に工具ホルダを介在さ
せて装着する場合にも、主軸への工具ホルダの装着状態
によっては、工具交換の都度、工具長にばらつきが生じ
ることがある。そこで、工具交換後に工作機械の機上で
主軸に装着された工具の工具長を測定し、必要に応じて
工具長の変位量を演算し、その変位量を算入、補正した
上で加工を行うことにより、高精度の加工を実現してい
る。

【０００５】工作機械の機上で工具長の測定を行う装置
としては、上記した「第１の従来技術」に示すように、
工作機械の機上で加工の妨げとならない所定位置にタッ
チセンサなどの接触式検出器を設け、工具交換後に主軸
に装着された工具を接触式検出器の測定子に接触させ、
基準位置から接触位置までの主軸の移動量に基づいて工
具長を演算して求める、いわゆる、接触式工具長測定装
置が知られている。

【０００６】また、本出願人の出願による特願平８−１
４０６４８号（以下、「第２の従来技術」という）に示
すように、工作機械の機上で加工の妨げとならない所定
位置に投光部と受光部とを備えた光学式非接触形検出器
を設け、工具交換後に主軸に装着された工具を非接触形
検出器の測定領域に移動させ、基準位置から遮光検出位
置までの主軸の移動量に基づいて工具長を演算して求め
る、いわゆる、非接触式の工具長測定装置も存在する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】工具交換後に主軸に装
着された微小径の工具、たとえば、上述したダイヤモン
ドなどの材質的に非常に脆い材料からなる工具、工具径
が０．１ｍｍφ程度の極小径ドリル、刃先が非常に鋭利
な形状の彫刻用工具等（以下、「微小径の工具」とい
う）の工具長測定は、従来、工具を加工時における回転
数で回転させながらオペレータが手動で工具を徐々に移
動させ、工具刃先の欠損や折損を招かないように細心の
注意を払いながら工具を工作機械の機上に設けた基準面
に接触させると共に、基準位置から接触位置までの主軸
の移動量に基づいて工具長の演算を行うようにしてい
る。しかし、これでは、工具長の測定時に人が介在しな
ければならず、工具長の測定から加工までを自動的に行
うことができない。さらに、工具刃先を欠損、折損させ
ないよう測定中には細心の注意が必要であり、測定には
熟練と相当時間を必要とする。

【０００８】また、上記した「第２の従来技術」に示す
ような光学式の非接触形検出器を利用して工具交換後に
主軸に装着した微小径の工具の工具長測定を行う場合に
は、工具の刃先形状や工具の刃先に付着した切削液の油
膜の影響で、光学式の非接触形検出器の投光部から照射
される光線が回折現象（光が障害物の端を通過して伝播
する時に、その後方の影の部分に侵入する現象）を引き
起こして受光部に向けて直進し難くなり、工具長測定時
に工具の遮光検出位置に僅かな誤差を生じ、厳密で高精
度な工具長測定を行うことが困難となってしまう。

【０００９】前記の問題点を避けるためには、工具交換
後に主軸に装着された微小径の工具の工具長測定は、た
とえば上記した「第１の従来技術」に示す接触式検出器
を利用して行うのが最も望ましい。ところで、近年、加
工の高速化に伴い工作機械の送り軸の移動時における振
動発生要素が増加しており、こうした振動に影響されな
いような接触式検出器、つまり、触圧が高い（１００〜
１５０ｇ程度）測定子を有した検出器が、工具長測定の
ために利用されている。さらに、工具長測定時に、工具
を接触式検出器の測定子へアプローチする速度を高めて
工具長測定時間を可及的に短縮し、ひいては、加工時間
の短縮化を図ることが行われている。

【００１０】しかし、接触式検出器を利用して工具交換
後に主軸に装着された微小径の工具の工具長測定を行う
場合に、前記検出器の触圧や測定子への工具のアプロー
チ速度等の測定条件の如何によっては、測定子への接触
時に工具刃先の欠損や折損を引き起こすおそれがある。
そこで、接触式検出器を利用して主軸に装着された微小
径の工具の工具長測定を自動的に行うためには、あらか
じめ当該接触式検出器の測定子の触圧を低く（２０〜２
５ｇ程度）設定し、かつ、測定子への工具のアプローチ
速度を極めて低速にする必要がある。そうすると、工具
長測定時間を徒に長くすることとなり、ひいては、加工
時間を引き伸ばす結果を招く。

【００１１】本発明の目的は、従来の工具長測定方法及
び装置に内在する上記の諸問題を解消し、微小径の工具
の工具長測定を工作機械上で、短時間、かつ、高精度に
行うことができる工作機械の工具長測定方法及び装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、工作機械上に光学式の工具先端位置検出手段と接触
式の工具先端位置検出手段とを併設して、光学式の工具
先端位置検出手段へ向けて比較的速い送り速度で工具を
移動させてその先端位置を検出し、その後、あらかじめ
設定した所定位置から、かなり遅い送り速度で工具を、
接触式の工具先端位置検出手段へ向けて移動させてその
先端位置を検出し、接触式の工具先端位置検出手段で検
出した工具の先端位置と主軸の基準位置とから当該工具
の工具長を演算するようにしたものである。詳細には、
次に述べるとおりの各構成要件を具備している。 （１） 主軸に装着された工具とワークとを相対移動さ
せて前記ワークを加工する工作機械において、前記工具
と相対移動可能な所定位置に光学式の工具先端位置検出
手段及び接触式の工具先端位置検出手段を設け、前記工
具を第一の送り速度で前記光学式の工具先端位置検出手
段の測定領域へ向けて移動させ前記工具先端位置を検出
するとともに、前記接触式の工具先端位置検出手段の測
定子より所定距離だけ離れた位置へ誘導し、前記工具を
前記第一の送り速度より小さな第二の送り速度で、前記
所定位置から前記接触式の工具先端位置検出手段の測定
子へ向けて移動させ、前記工具の先端位置を検出し、前
記接触式の工具先端位置検出手段で検出した前記工具の
先端位置とあらかじめ設定した前記主軸の基準位置とか
ら前記工具の工具長を演算する、工作機械の工具長測定
方法。

【００１３】（２） 数値制御部からの送り軸の移動指
令により主軸に装着された工具とワークとを相対移動さ
せて前記ワークを加工する工作機械において、前記工具
と相対移動可能な所定位置に設けられた光学式の工具先
端位置検出手段と、前記工具と相対移動可能な所定位置
に設けられ測定子を有した接触式の工具先端位置検出手
段と、前記工具を第一の送り速度で前記光学式の工具先
端位置検出手段の測定領域へ向けて移動させ前記工具の
先端位置を検出するとともに、前記接触式の工具先端位
置検出手段の測定子より所定距離だけ離れた位置へ誘導
し、前記工具を前記第一の送り速度より小さい第二の送
り速度で前記所定位置から前記接触式の工具先端位置検
出手段の測定子へ向けて移動させ、前記工具の先端位置
を検出するよう測定動作を制御する測定制御手段と、前
記接触式の工具先端位置検出手段で検出した前記工具の
先端位置とあらかじめ設定した前記主軸の基準位置とか
ら前記工具の工具長を演算する工具長演算手段と、を具
備する工作機械の工具長測定装置。

【００１４】（３） 前記光学式の工具先端位置検出手
段の測定領域の略下方位置に前記接触式の工具先端位置
検出手段の測定子を配置した上記第（２）項に記載の工
作機械の工具長測定装置。

【００１５】

【作用】本件発明の作用を概略、説明すれば、次のとお
りである。 工具交換後の工具を第一の送り速度で軸送りするこ
とにより光学式の非接触形位置検出手段の測定領域に進
入させ工具の先端位置を素速く検出すると共に、前記工
具を触圧の小さな接触式位置検出手段の測定子前の同測
定子に近接した個所まで、第一の送り速度のまま誘導す
る。 工具を接触式位置検出手段の測定子前の同測定子に
近接した個所に到達させると同時に、前記工具の送り速
度を第一の速度に較べ極めて遅い第二の送り速度に減速
する。

【００１６】 工具の移動に基づき発生する振動の影
響を避けるために、工具先端が接触式位置検出手段の測
定子に近接した前記個所を通過する時点で、初めて接触
式位置検出手段の検出信号を有効（起動）にする。 工具先端を接触式位置検出手段に近接した前記個所
から、測定子に徐々に第二の送り速度で進入させるこ
と、また、触圧の極めて小さな接触式位置検出手段を採
用することにより、微小径工具の刃先先端が測定子に接
触したときに、欠損、折損が生じないように図る。

【００１７】 工具先端が接触式位置検出手段の測定
子に接触した信号が送り軸位置検出手段に入力される
と、工具の軸送りを停止すると共に、送り軸位置検出手
段からの前記信号と、あらかじめ記憶させてある工具取
付基準位置とに基づき、工具長演算手段で工具長を機上
において算出する。 以上、述べた方法、装置に基づき、従来、接触式位
置検出手段による自動測定には馴染まない、または不可
能とされた微小径工具の工具長の測定を工具刃先の欠
損、折損を生じることなく、通常の工具長の測定とほ
ぼ、同程度の時間で高精度に測定することが可能とな
り、当該微小径工具による工具交換を含む、連続加工、
加工面に段差が生じることのない高精度加工を可能にし
た。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て説明するが、本発明の構成要件のうちには、本発明の
出願当時の当業界の技術水準の範囲内で、適宜に変更可
能な部材を含むから、本実施形態のみに基づいて、発明
の要旨を減縮して解することは許されない。図１は、本
発明の工具長測定方法を実施する工作機械の工具長測定
装置の一実施形態の要部側面図及び構成ブロック図、図
２は、図１の矢視Ａによる工具交換装置及び工具長測定
装置の要部正面図である。図３は、前記装置の構成要素
の一つである光学式の非接触形位置検出装置の平面図を
示す。

【００１９】 まず、図１，図２を参照して、工具長測定
装置を備えたＮＣ工作機械の要部を説明する。図中、Ｎ
Ｃ工作機械の本体（図示せず）には、工具１を装着した
主軸３が主軸頭５に回転自在に軸支され、ＮＣ装置６８
の数値制御部６９からの指令に基づき、Ｘ軸送リモータ
７、Ｙ軸送リモータ９、Ｚ軸送リモータ１１及び主軸回
転用モータ（図示せず）を駆動することにより、主軸頭
５とワーク（図示せず）を載置するテーブル１３との間
で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直交３軸方向への相対移動を行わ
せ、また、主軸３を主軸頭５内で回転させる。主軸３内
に設けたドローバー（図示せず）下部には工具１を把持
するコレットチャック１５が螺着され、主軸３内でドロ
ーバーがコレットチャック１５と共に上下方向に移動可
能なように組付けてある。

【００２０】 図２において、テーブル１３の側面に取り
付けたブラケット１９上にガイド２１を設け、前記ガイ
ド２１によりＸ軸と平行な方向へ往復移動可能に案内さ
れるキャリア２３上にマガジンベース２５を立設し、工
具１を収納する工具マガジン１７がマガジンベース２５
上に固定されている。工具マガジン１７は、樹脂などの
弾性材料からなる板材で、板厚の中間部に溝部１７ｂが
形成された上下二層よりなり、工具１を収納する８個の
工具ポット１７ａが形成されている。各工具１には弾性
リング２７が嵌着されており、前記弾性リング２７が、
工具１を工具マガジン１７の工具ポット１７ａへの収納
時に前記溝部１７ｂに嵌合して、その上下が挟まれて軸
線方向のおよその基準となり、工具ポット１７ａに把持
される。

【００２１】 キャリア２３の左側面（図２参照）に取り
付けたプレート２９には、ブラケット１９に設けたシリ
ンダ３１のピストンロッド３３の一端が固定され、シリ
ンダ３１に加圧空気を供給してロッド３３を進退させる
ことにより、キャリア２３をガイド２１に沿ってＸ軸と
平行な方向へ移動させ、その結果、キャリア２３上に立
設したマガジンベース２５上に固定された工具マガジン
１７を、工具交換が可能である前進位置（図２参照）と
ワークの加工領域外の退避位置との間で往復移動させる
ことができる。前記プレート２９の右側面にプーリ３５
を回転自在に支持するプーリブラケット３７を取り付
け、プーリ３５と同軸上に固定されたピニオン３９が、
ガイド２１に取り付けたラック４１と噛み合っている。
プレート２９には、加工中に切屑や切削液が工具マガジ
ン１７周辺部に付着することを防止するカバー４３が取
り付けてあり、前記カバー４３には、プーリ４５と共動
するマガジンカバー４７が同軸上に枢着され、プーリ３
５，４５との間にベルト４９が張設されている。

【００２２】 通常、工具マガジン１７は、ワークの加工
領域外である退避位置にあるが、ＮＣ装置６８の数値制
御部６９から工具交換の指令が送出されたときは、機械
制御装置７１に工具マガジン移動指令が送られシリンダ
３１を作動させてピストンロッド３３を引き込み、プレ
ート２９を右行させて工具マガジン１７を工具交換位置
に前進させる。同時に、ガイド２１に取り付けたラック
４１と噛み合っているピニオン３９及びピニオン３９に
固定したプーリ３５が反時計方向に回り、ベルト４９を
介してプーリ４５を反時計回りに回転させ、マカジンカ
バー４７を開く。この状態において、工具マガジン１７
とＮＣ工作機械の主軸３との間でＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への
相対移動による自動工具交換または、工具マガジン１７
に収納されている工具１の手動による差換えが可能にな
る。

【００２３】 すなわち、工具交換時、主軸３に装着ざれ
た工具１を工具マガジン１７の工具ポット１７ａに収納
するときは、ドローバーを下方に押し出すことによりコ
レットチャック１５を主軸３先端部から突出させ、コレ
ットチャック１５を主軸先端部のテーパ穴から開放する
ようにし、工具１をアンクランプする。工具マガジン１
７の工具ポット１７ａに収納した工具１を主軸３に装着
するときは、ドローバーを引き上げてコレットチャック
１５のテーパ部と主軸３先端部のテーパ穴とを嵌合させ
ることによりコレットチャック１５に把持力を与え、工
具１をクランプする。

【００２４】 加工の妨げとならないテーブル１３上の所
定位置には、工具１の先端位置を検出するラインセンサ
（光学式の非接触形検出器）５１を設けている。ここ
で、ラインセンサ５１はテーブル１３上に限られず、主
軸３、つまり工具１と相対移動可能な位置ならば何処に
設けられていてもよい。図３（ａ）に示すように、前記
ラインセンサ５１は、テーブル１３上に取り付けられた
センサベース５１ａ内に、発光ダイオードなどの光源か
らの光を平行光線５３へ変換するレンズを内蔵する投光
部５１ｂと、投光部５１ｂから投光された光線５３を受
光する複数個の電荷結合型素子（ＣＣＤ）等の受光素子
５５が所定間隔（たとえば数μｍ間隔）で配列された受
光部５１ｃとが設けられ、投光部５１ｂと受光部５１ｃ
とは互いに対向するように配置されている。工具長測定
時に、工具１がラインセンサ５１の投光部５１ｂと受光
部５１ｃとの間の測定領域に達し、投光部５１ｂから照
射される光線５３を遮光したことを受光部５１ｃの受光
素子５５で検出し、電気信号に変換している。

【００２５】 なお、図示していないが、センサベース５
１ａの測定領域入口部と底部に、ラインセンサ５１に故
障が発生したり誤作動が生じたときに備えて、工具１と
の接触を検出する接触板を設けてもよい。前記底部の接
触板には、工具長測定時に、工具１からラインセンサ５
１の測定領域に飛散する切屑や切削液が投光部５１ｂ及
び受光部５１ｃを汚さないようにすると共に、投光部５
１ｂ及び受光部５１ｃの曇り止めの効果も奏するよう
に、測定領域に向け加圧空気を上向きに噴出する複数個
のノズルが配設されていてもよい。前記加圧空気は、工
具１に向けても噴射すれば、工具長測定時に工具１の刃
先等に付着した切屑、切削液などを測定領域外に吹き飛
ばすことも可能である。

【００２６】 前記ラインセンサ５１を取り囲むように設
けたセンサカバー５７は、加工中に飛散する切屑や切削
液がラインセンサ５１周辺部に付着するのを防止するも
のであり、工具長測定時には、シリンダ（図示せず）に
加圧空気が供給されて開き、ラインセンサ５１の測定領
域を工具１に対して開放する。再び、図１を参照して、
前記ラインセンサ５１の測定領域に対し主軸３の軸送り
方向（Ｚ軸方向）に沿って、より下方位置に測定領域を
有し、かつ、加工の妨げとならないテーブル１３上の所
定位置に工具先端位置検出のための接触式センサ６３を
設けている。接触式センサ６３もラインセンサ５１と同
様、テーブル１３上に限らず、工具１と相対移動可能な
位置ならば何処に設けられていてもよい。

【００２７】 さきに述べたとおり、従来、機械加工の高
速化、測定時間の短縮化を目的として、工具長測定用の
接触式センサに対する測定進入速度を高速化し、それに
応じ測定子の触圧を１００〜１５０ｇ程度に高くして、
軸送りに基づき発生する振動が測定精度に影響しないよ
うにするのが一般的であるが、本実施形態の接触式セン
サ６３では、この測定子６５の触圧を２０〜２５ｇ程度
に小さくして、工具先端の接触時に、刃先の欠損、折損
が生じないよう設計している。さらに、測定領域に進入
する工具１の送り速度を遅くして、工具長測定時には工
具先端が緩やかに測定子６５に当るように配慮されて
る。なお、接触式センサ６３にも、同センサ６３を取り
囲むようにセンサカバー６７が設けてあり、加工中に飛
散する切屑や切削液が接触式センサ６３周辺部に付着す
るのを防止している。このセンサカバー６７も工具長測
定時にはシリンダ（図示せず）にエアが供給されて開
き、接触式センサ６３の測定領域を開放する。

【００２８】 工作機械の制御手段は、ＮＣ装置６８と機
械制御装置７１とにより構成される。ＮＣ装置６８内の
数値制御部６９は、加工プログラム及び工具長測定プロ
グラムでなるＮＣプログラムを読み取り、解読して直線
補間や円弧補間の演算を行い、移動指令をサーボ部を通
してＸ軸送リモータ７、Ｙ軸送リモータ９、Ｚ軸送リモ
ータ１１に送出して各軸送リモータの駆動制御を行うと
共に、主軸回転用モータに主軸３の回転指令を送出す
る。また、ＮＣプログラムの加工プログラムには工具交
換指令などが含まれ、加工工程において工具交換指令が
送出されたときには、加工の一時中止、工具マガジン１
７の移動、主軸３のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動による工
具１の交換等の指令を、順次、プログラムに従って機械
制御装置７１へ送出する。

【００２９】 機械制御装置７１は、測定制御部７３、工
具長演算部７５、データ記憶部７７及び送り軸位置検出
部７９より構成されている。測定制御部７３には、ＮＣ
プログラムの工具長測定プログラムが記憶され、ライン
センサ５１または接触式センサ６３の測定領域への工具
移動指令、ラインセンサ５１への工具アプローチ速度
（第一送り速度）指令、接触式センサ６３の測定子６５
への工具アプローチ速度（第二送り速度）指令、接触式
センサ６３の測定子６５から所定距離離れた位置（工具
アプローチ速度を第一送り速度から第二送り速度へ減速
する送り軸の位置）への工具移動指令などが含まれる。

【００３０】 データ記憶部には、工具長を演算する基準
となる送り軸の位置（キャリブレーションデータ）が、
加工を行う前にあらかじめ求められ、記憶されている。
キャリブレーションデータは、主軸１の先端部がライン
センサ５１における遮光を検出したときの送り軸の位置
及び主軸１の先端部が接触式センサ６３の測定子６５に
おける接触を検出したときの送り軸の位置である。キャ
リブレーションデータを求める際に、主軸１の先端部を
各センサ５１，６３にアプローチするときに、主軸１の
外径によっては主軸１と各センサ本体５１，６３との干
渉が発生することが想定される。そこで、工具長が既知
の工具を主軸１に装着して、当該工具が各センサ５１，
６３における遮光または接触を検出したときの送り軸の
位置を検出して、これらの検出位置と既知の工具長とか
ら主軸１の先端部が各センサ５１，６３における遮光ま
たは接触を検出したときの送り軸の位置を逆算するよう
にしている。

【００３１】 送り軸位置検出部７９では、ＮＣ装置６８
の数値制御部６９から各軸送りモータ７，９，１１に送
出される移動指令により、ロータリエンコーダ８，１
０，１２やリニアスケールなどを介してＸ，Ｙ，Ｚ軸の
各送り軸の位置を刻々読み込んでおり、工具長測定時
に、工具１先端部の各センサ５１，６３における遮光ま
たは接触信号を受けて、そのときのＸ，Ｙ，Ｚ軸の各送
り軸の位置を検出することができる。工具長演算部７５
では、工具長測定時に、工具１先端部の各センサ５１，
６３による遮光または接触を検出したときの送り軸位置
検出部７９におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸の各送り軸の位置デー
タと、データ記憶部７７に記憶された主軸１の先端部の
基準位置データとから工具長を演算する。また、必要に
応じて、工具長の変位量である工具オフセット量を演算
して、測定制御部７３を介してＮＣ装置６８の数値制御
部６９へ送出している。

【００３２】 （実施形態１）以上、述べた工作機械の工
具長測定装置に基づいて、本実施形態の工具長測定方法
を説明する。 （１）所望形状の加工に使用する複数の微小径工具を含
む工具１に対し弾性リング２７を嵌着して、工具マガジ
ン１７の工具ポット１７ａに収納する。主軸３に別の工
具１が装着されている場合には、前記工具１を返却、交
換するための空の工具ポット１７ａを、工具マガジン１
７に設けておく必要がある（図１参照）。 （２）ＮＣ装置６８の数値制御部６９から工具交換指令
が送出されると、機械制御装置７１に工具マガジン移動
指令が送られ、シリンダ３１（図２参照）に加圧空気が
供給され、工具マガジン１７が工具交換可能な位置まで
前進すると共に、マガジンカバー４７を開放する。その
後、工具マガジン１７と主軸３との間で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸
方向への相対移動により自動工具交換が行われる。その
都度、上述したとおり、主軸３のコレットチャック１５
を開閉して工具１の開放、装着が行われる。

【００３３】 （３）工具交換が完了すると、再び、シリ
ンダ３１に加圧空気が供給され、工具マガジン１７を旧
位置まで後退させると共に、マガジンカバー４７を回動
させ、工具マガジン１７をカバーする。 （４）工具交換後に、機械制御装置７１の測定制御部７
３に記憶された工具長測定プログラムからの指令に基づ
き、工具１が、ラインセンサ５１の測定領域上に位置決
めされる。 （５）次いで、ラインセンサ５１及び接触式センサ６３
のセンサカバー５７，６７を開放状態とすると共に、ラ
インセンサ５１の投光部５１ｂから受光部５１ｃに向け
て、光線５３を照射する。このときは、まだ、接触式セ
ンサ６３は、起動していない。

【００３４】 （６）工具１をラインセンサ５１の測定領
域に向け、たとえば２０００ｍｍ／ｍｉｎ程度の送り速
度（第一送り速度）でＺ軸方向へ移動させる。 （７）工具１の先端部によりラインセンサ５１の受光部
５１ｃに向けた光線５３を遮光した出力が、ＮＣ装置６
８の数値制御部６９に送出されて工具１のＺ軸方向への
移動を一時停止または減速させる。同時に、機械制御装
置７１の送り軸位置検出部７９では、工具１の先端部に
よるラインセンサ５１の遮光出力を受けて、その瞬間の
送り軸（Ｚ軸）の位置を検出する。こうして、主軸３に
装着された当該工具１の先端位置を求めることができ
る。 （８）その後、工具１を接触式センサ６３の測定子６５
上に移動させ、さきの工具１の先端部が接触式センサ６
３の測定子６５の上方位置、たとえば、５０μｍ程度上
方位置に達するまで、再度工具１を第一送り速度でＺ軸
方向へ移動させると共に、同位置に達すると同時に、工
具１の送り速度を、たとえば、０．３ｍｍ／ｍｉｎ程度
のかなり遅い送り速度（第二送り速度）に減速させて、
接触式センサ６３の測定子６５に向けて移動させる。こ
こで、工具１の送り速度が第二送り速度に減速されると
同時に、測定子６５の触圧が２０〜２５ｇ程度の接触式
センサ６３を起動させる（接触式センサ６３からの検出
出力を有効にする）ようにして、軸送りにより生じる振
動が接触式センサ６３の検出精度に影響しないよう図ら
れている。

【００３５】 （９）工具１の先端部により接触式センサ
６３の測定子６５に接触した出力が、ＮＣ装置６８の数
値制御部６９に送出されて工具１のＺ軸方向への移動を
停止させる。同時に、機械制御装置７１の送り軸位置検
出部７９では、工具１の先端部による接触式センサ６３
の接触圧力をうけて、その瞬間の送り軸（Ｚ軸）の位置
を検出して、工具長演算部７５に送出する。よって、接
触式センサ６３の触圧が極めて小さい測定子６５に、工
具１をかなり遅い送り速度で軸送りして接触させるよう
にしたので、微小径工具であっても工具刃先が欠損また
は折損するおそれがない。 （１０）機械制御装置７１の送り軸位置検出部７９で検
出、送出された、工具１の先端部が接触式センサ６３の
測定子６５に接触した瞬間の送り軸（Ｚ軸）の位置と、
データ記憶部７７で記憶された送り軸の基準位置デー
タ、つまり主軸１の先端部の基準位置データとを受け
て、工具長演算部７５では当該工具１の工具長を演算す
る。

【００３６】 （実施形態２）図３（ｂ）に示すとおりの
レーザセンサ５９を、前記〈実施形態１〉に説明した工
具長測定方法、装置の構成要素のうちのラインセンサ５
１に代えてテーブル１３上に配置し、構成する。レーザ
センサ５９も、ラインセンサ５１と同様、工具１と相対
移動可能な位置にあればよい。ラインセンサ５１の光線
５３には幅を持たせてあるために、工具１を回転させな
くても工具１の先端部の最も突出した位置を検出するこ
とができる。前記レーザセンサ５９の投光部５９ｂは、
一本のビーム状（レーザ）光線６１を対向する受光部５
９ｃに向けて照射するだけであるので、工具長測定時に
は、工具１を回転（通常、加工状態における回転数とす
る）させながらレーザセンサ５９の投光部５９ｂと受光
部５９ｃとの間の測定領域に進入させるようにしなけれ
ば、工具１の先端部の最も突出した位置を検出すること
ができず、精度の高い工具長測定ができないとされてい
る。

【００３７】 なお、５１ａは、レーザセンサ５９のセン
サベースである。その他の構成、たとえば、センサカバ
ー、接触板等のセンサ付属機器については、前記ライン
センサ５１のそれと同一と理解してもよい。本実施形態
においては、工具１の先端位置の検出が接触式センサ６
３により行われる段階では、主軸３の回転を停止させ
る。その他の工具先端位置の測定手段、構成、作用は、
（実施形態１）に説明したとおりである。

【００３８】 （実施形態３）上述した２つの実施形態に
おける工具長測定方法、装置においては少なくとも、光
学式の非接触形センサと接触式センサ６３とを併用し
て、従来、接触式センサ６３のみでは困難とされていた
微小径工具の工具長測定を、工具刃先の欠損または折損
を起こすことなく、短時間、高精度で測定することを可
能とした。この場合、さきの工具長測定方法、装置の構
成からみて、光学式の非接触形センサと接触式センサ６
３とを工具１の軸送り（Ｚ軸）方向に沿って併設すれ
ば、工具１を前記非接触形センサの測定領域から接触式
センサ６３の測定子６５まで一気に移動させることがで
き、Ｘ，Ｙ軸方向に水平移動させる動作、時間を節減す
ることができ、ひいては測定時間を短縮できることは明
らかである。

【００３９】 図４は、（実施形態１）の光学式の非接触
形センサ５１と接触式センサ６３の要素について、上記
の趣旨に沿って上下方向に相互位置を配置し直した別の
実施形態の要部側面図である。図中、図１，２及び３記
載のセンサ構成部材に付した符号と、同一の符号を付し
た部材は、図１，２及び３に説明のものと同一である。
本実施形態では、光学式の非接触形センサ５１の測定領
域と、接触式センサ６３の測定子６５とは垂直方向に重
なっており、工具１のＺ軸方向への移動のみで工具１の
先端位置検出が可能であり、したがって、光学式の非接
触形センサ５１の測定領域と接触式センサ６３の測定子
６５との間で、工具１の水平面のＸ，Ｙ軸方向への移動
は必要でない。

【００４０】 当該光学式の非接触形センサは、ラインセ
ンサ５１でも、レーザセンサ５９であっても良い。主軸
３の回転は、前記センサの型式に対応し、さきの説明の
とおり、プログラムされいてる。その他の構成、作用に
ついては、（実施形態１）記載の説明を参照すること。
本発明の実施形態を、主軸が垂直軸線回りに回転する立
形マシニングセンタの形態に基づいて説明したが、主軸
が水平軸線回りに回転する横形マシニングセンタにも応
用できることはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、 光学式非接触形センサと触圧の小さな接触式センサ
とを併設することにより、従来、不可能または困難とさ
れていた微小径工具の工具長の自動測定が可能となり、
微小径工具を順次交換しても、交換後にその工具長を精
密に測定することができ、ワーク加工面に段差が生じる
ことのない、高精度な加工を連続的に行うことができ
る。 光学式非接触形センサにより工具の先端位置を検出
し、これを素速く触圧の小さな接触式センサの測定子近
接個所まで誘導し、以後、極めて緩やかな工具の軸送り
をさせることにより、工具刃先の欠損、折損事故がな
く、短時間で精度良く効率的に工具長の測定ができる。
等々、従来方法、装置には、期待することができない、
作用、効果を奏することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸に装着された工具とワークとを相対
   移動させて前記ワークを加工する工作機械において、 前記工具と相対移動可能な所定位置に光学式の工具先端
   位置検出手段及び接触式の工具先端位置検出手段を設
   け、 前記工具を第一の送り速度で前記光学式の工具先端位置
   検出手段の測定領域へ向けて移動させ前記工具先端位置
   を検出するとともに、前記接触式の工具先端位置検出手
   段の測定子より所定距離だけ離れた位置へ誘導し、 前記工具を前記第一の送り速度より小さな第二の送り速
   度で、前記所定位置から前記接触式の工具先端位置検出
   手段の測定子へ向けて移動させ、前記工具の先端位置を
   検出し、 前記接触式の工具先端位置検出手段で検出した前記工具
   の先端位置とあらかじめ設定した前記主軸の基準位置と
   から前記工具の工具長を演算する、 ことを特徴とした工作機械の工具長測定方法。
2. 【請求項２】 数値制御部からの送り軸の移動指令によ
   り主軸に装着された工具とワークとを相対移動させて前
   記ワークを加工する工作機械において、 前記工具と相対移動可能な所定位置に設けられた光学式
   の工具先端位置検出手段と、 前記工具と相対移動可能な所定位置に設けられ測定子を
   有した接触式の工具先端位置検出手段と、 前記工具を第一の送り速度で前記光学式の工具先端位置
   検出手段の測定領域へ向けて移動させ前記工具の先端位
   置を検出するとともに、前記接触式の工具先端位置検出
   手段の測定子より所定距離だけ離れた位置へ誘導し、 前記工具を前記第一の送り速度より小さい第二の送り速
   度で前記所定位置から前記接触式の工具先端位置検出手
   段の測定子へ向けて移動させ、前記工具の先端位置を検
   出するよう測定動作を制御する測定制御手段と、 前記接触式の工具先端位置検出手段で検出した前記工具
   の先端位置とあらかじめ設定した前記主軸の基準位置と
   から前記工具の工具長を演算する工具長演算手段と、 を具備することを特徴とした工作機械の工具長測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記光学式の工具先端位置検出手段の測
   定領域の略下方位置に前記接触式の工具先端位置検出手
   段の測定子を配置した請求項２に記載の工作機械の工具
   長測定装置。