JP4512557B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御工作機械の被検出物、例えば、回転工具であるエンドミル等の位置を非接触で検出する位置検出装置に関する。

数値制御工作機械、例えば、マシニングセンタでは、主軸に装着されるエンドミルの刃先位置を検出し、ワークとの位置関係を把握して加工のプログラムが作られるのが一般的である。

エンドミルをはじめとする回転工具の先端検出の技術としては、非回転状態のエンドミルの先端の刃先を所定位置に接触させる接触式の刃先検出装置が多く用いられている。接触式の刃先検出装置では、微細精密加工を目的とした小径のエンドミルを適用した場合、検出面との接触により刃先が損傷する虞があるため、小径のエンドミルには適用し難いのが実情である。また、接触式の検出装置では、実加工回転域での検出が不可能であるため、検出後に主軸スピンドルの回転に伴う熱変位を考慮した補正を行う必要があった。

近年、レーザー光を用いた非接触式の刃先検出装置が提案されてきている（例えば、特許文献１参照）。レーザー光を用いた非接触式の刃先検出装置は、レーザー発光素子からのレーザー光を被検出工具の回転軸に対して直交する方向に出力する発光部と、発光部からのレーザー光を受光素子で受けて電気信号に変換する受光部とが対向して設置されている。非接触式の刃先検出装置では、被検出工具の先端が発光部と受光部との間のレーザー光を通過する際の受光量の変化に基づいて電気信号を出力するようになっている。

非接触式の刃先検出装置では、刃先の損傷の虞はなく、また、主軸スピンドルの熱変位も検出に反映されるため、小径のエンドミルであっても補正を行うことなく刃先の検出が可能になる。

しかし、レーザー光が被検出工具の回転軸に対して直交する方向に出力されるため、回転による刃先の軌道が回転中心ではなく工具の外周上にある先端形状を有するスクエアエンドミルにおいては、外周上に焦点を合致させても、複数の刃先間における回転中心軸方向の刃先位置誤差により焦点がずれて受光素子への到達光量にばらつきが生じて明暗度合いに影響を及ぼしてしまう。このため、工具先端の位置検出の精度が低下する原因となり、信頼性が十分であるとはいえないのが現状であった。

特開２００１−３２８０４９号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、光の受け渡しにより被検出物を検出する際に、被検出物の形状に拘わらず、常に、光軸上の焦点位置で被検出物の所定位置を検出することができる位置検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の位置検出装置は、数値制御工作機械の被検出物の移動経路を挟んで光の受け渡しを行う発光手段及び受光手段を本体に備え、光軸が被検出物の移動方向に直交する方向に対して所定角度傾斜した状態に発光手段及び受光手段を配置し、光の受け渡し中に被検出物を移動させて遮光状態となる受光手段での受光レベルがしきい値を挟んで変化した時に被検出物の所定位置を導出する制御手段を備え、前記数値制御工作機械の取付け位置に対して固定され前記本体が保持される固定治具を備え、前記固定治具と前記本体とを位置決めする位置決め手段を設けたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、光軸が被検出物の移動方向に直交する方向に対して所定角度傾斜した状態にされるため、被検出物の所定位置である角部を焦点に一致させることができ、安定した受光量感度に基づく高い検出精度を得ることができる。また、固定治具を介して位置検出装置を数値制御工作機械の所定位置に容易に備えることができる。

そして、請求項２に係る本発明の位置検出装置は、請求項１に記載の位置検出装置において、発光手段はレーザー発光手段であり、受光手段はレーザー受光手段であることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、レーザー光を用いて被検出物の位置検出を行うことができる。

また、請求項３に係る本発明の位置検出装置は、請求項２に記載の位置検出装置において、レーザー発光手段からのレーザー光を絞る絞り手段を備えたことを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、レーザー光を集光させて精度良く被検出物を検出することができる。

また、請求項４に係る本発明の位置検出装置は、請求項２または請求項３に記載の位置検出装置において、レーザー発光手段からのレーザー光を通過させる微小穴を備えた遮光板を設けたことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、光軸中心に近い十分な発光強度を有するレーザー光を用いて被検出物を検出することができ、高い精度及び信頼性を得ることができる。

また、請求項５に係る本発明の位置検出装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の位置検出装置において、発光手段と受光手段の配置は、受け渡しされる光の光軸が被検出物の移動方向に直交する方向に対して１度から１０度の範囲で所定角度傾斜していることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、光軸の傾斜角度を１度から１０度の範囲に設定したので、被検出物の形状に拘わらず所定位置の検出を確実に行うことができる。

また、請求項６に係る本発明の位置検出装置は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の位置検出装置において、被検出物は工作機械の回転工具であることを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、回転工具の回転中であっても回転工具の所定位置を検出することができる。

また、請求項７に係る本発明の位置検出装置は、請求項６に記載の位置検出装置において、回転工具はエンドミルであることを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、先端形状に拘わらずエンドミルの刃先先端の位置を精度良く検出することができる。

また、請求項８に係る本発明の位置検出装置は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の位置検出装置において、位置決め手段は、本体の底面に穿孔された位置決め穴と、位置決め穴に嵌合される位置決めピンとからなり、位置決め穴の中心位置は、発光手段から発射される光の焦点位置に一致していることを特徴とする。

請求項８に係る本発明では、光の焦点位置で位置決めを確実に行うことができ、高い検出精度で被検出物を検出するための位置決めが容易となる。

本発明の位置検出装置は、光の受け渡しにより被検出物を検出する際に、被検出物の形状に拘わらず、常に、光軸上の焦点位置で被検出物の所定位置を検出することができる位置検出装置とすることができる。

本実施形態例の位置検出装置は、レーザー光を発射する発光部（発光手段）及び発光部に対向した受光部（受光手段）を備えている。発光部は光源の半導体レーザーダイオードと、２枚レンズからなる集光レンズ群と、レーザー光を通過させる微小穴を備えた遮光板とを備えている。受光部はレーザー光の強度変位を検出する受光素子のフォトダイオードであり、マシニングセンタのエンドミルの先端刃先部を検出するものである。

発光部から発射されたレーザー光の光軸位置にエンドミルを移動（下降）させ、エンドミルの先端刃先部がレーザー光を遮光する位置に到達した時、受光部内のフォトダイオードの受光量の変化に基づいて電気信号として刃先検出信号を出力する（制御手段）。刃先検出信号は表示ランプを点灯させることで、視覚的にエンドミルの刃先の検出が確認できるようにされている。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。

図１には本発明の一実施形態例に係る位置検出装置の外観、図２には位置検出装置の断面視、図３には位置検出装置の平面視、図４には位置検出装置の底面視、図５にはスクエアエンドミルの刃先先端部を検出している状態の概略、図６にはボールエンドミルの刃先先端部を検出している状態の概略、図７にはドリルの刃先先端部を検出している状態の概略、図８には微小穴を備えた遮光板の有無による検出状況の違いを表すグラフ、図９には傾斜角度による検出の誤差を示したグラフ、図１０には位置検出装置をマシニングセンタに備えた状態の外観、図１１には固定治具の位置調整を実施している状態の外観を示してある。

図１に示すように、位置検出装置１は、後述するマシニングセンタの所定位置に取り付けられる固定治具２を備え、固定治具２に対して本体３が位置決め保持される。本体３の上面部位には、発光部を収容した発光ブロック４と、受光部を収容した受光ブロック５とが備えられている。本体３には刃先を検出した際に点灯する表示ランプ１０が備えられている。

図２に示すように、固定治具２の上面には位置決めピン６（例えば、直径８ｍｍ）及びキー７が設けられ、図２、図４に示すように、本体３の底面には位置決めピン６が嵌合する位置決め穴である嵌合穴８及びキー７が嵌合するキー溝２０が形成されている。また、固定治具２は金属製で、本体３の底面には固定治具２の上面に保持される磁石９が設けられている。嵌合穴８を位置決めピン６に嵌合すると共に、キー溝２０にキー７を嵌合することにより、磁石９を介して本体３が固定治具２に対して所定の位置に回転が規制された状態で保持される。

このため、固定治具２を後述するマシニングセンタ側の所定位置にセットすることにより、本体３をマシニングセンタの所定位置に容易に取り付けることができる。また、本体３の固定位置が保持され、振動等による外部要因で測定位置が変化する等の虞がなく、高い位置決め精度を繰り返し得ることが可能になる。

図２に示すように、本体３にはバッテリ１１が備えられ、また、駆動回路、電源回路、アンプ回路、コンパレータ回路等が組まれた基板１２、及び、電源スイッチ１３が備えられている。

図２、図３に示すように、発光ブロック４には発光部１４が備えられ、受光ブロック５には受光部３１が備えられている。発光部１４には光源として半導体レーザーダイオード２１が設けられ、半導体レーザーダイオード２１からのレーザー光は集光レンズ群２２により集光されると共に絞り光とされて受光ブロック５側に発射される。発光ブロック４の受光ブロック５側の面には発光防塵ガラス２８が設けられている。半導体レーザーダイオード２１及び集光レンズ群２２はホルダ２４に保持され、ホルダ２４は固定ねじ２５により発光ブロック４に固定されている。また、ホルダ２４の集光レンズ群２２の前側には遮光板２７が設けられ、集光されて発射されるレーザー光を通過させる微小穴２６が遮光板２７に備えられている。遮光板２７の微小穴２６を通過したレーザー光は、光軸部位の発光強度が高い部分だけが発射されるようになっている。

図２、図３に示すように、受光ブロック５には半導体レーザーダイオード２１から発射されるレーザー光を受光する受光部３１が備えられ、受光部３１は受光したレーザー光の光量を検出するフォトダイオードとされている。受光部３１の発光ブロック４側の面には受光防塵ガラス３２が設けられている。受光部３１で受光したレーザー光は、フォトダイオードの光量の電気信号として基板１２に送られ、電気信号の状況が基板１２の回路で判別される。

本体３にバッテリ１１や基板１２が収容され、発光ブロック４に発光防塵ガラス２８が設けられると共に、受光ブロック５に受光防塵ガラス３２が設けられているので、電力供給用に外部電源や配線を用いる必要がなく、塵埃や切削油の霧滴が浸入することを防止し、測定精度を長期にわたり維持することが可能になる。

図２に示すように、位置検出装置１が後述するマシニングセンタに取り付けられた際には、エンドミル１７の加工送り方向（回転中心軸に沿った方向）が発光ブロック４と受光ブロック５の間のレーザー光の光軸に交差する方向とされる。レーザー光の光軸１８は、エンドミル１７の加工送り方向に直交する水平軸１９に対して−α度（例えば、−２度）の傾斜角度、即ち、受光ブロック５側が水平に対して下側にα度（２度）の傾斜角度となるように、半導体レーザーダイオード２１及び受光部３１の位置が設定されている。

尚、レーザー光の光軸１８の傾斜角度の絶対値は、１度から１０度の範囲で適宜設定することが可能である。詳細は後述するが、レーザー光の光軸１８の傾斜角度の絶対値が１度を下回ると、即ち、水平軸１９と略平行に近づくと、例えば、先端がスクエア状のエンドミルを検出する場合に外周部の先端（角部）を検出することが困難になり、レーザー光の光軸１８の傾斜角度の絶対値が１０度を上回ると、即ち、水平軸１９との角度が大きくなると、例えば、ボールエンドミルを検出する場合に先端刃先から離れた位置の刃部を検出する虞が生じる。

図２に示すように、嵌合穴８（位置決めピン６）の中心位置Ｐはレーザー光の焦点位置Ｏに一致している。このため、位置決めピン６を用いて位置検出装置を所定の位置に位置決めした際に、レーザー光の焦点位置Ｏで位置決めを確実に行うことができ、高い検出精度で被検出物を検出するための位置決めが容易となる。

上述した位置検出装置１は、図１０に示すように、マシニングセンタ４１のテーブル４２に取り付けられる。マシニングセンタ４１のベッド４４にはテーブル４２が互いに直交する二方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）にそれぞれ往復移動自在に支持されている。コラム４６のテーブル４２側の面には主軸ヘッド４７が昇降自在（Ｚ軸方向）に支持され、主軸ヘッド４７には回転スピンドル４８が設けられている。そして、回転スピンドル４８に回転工具としてエンドミル１７が保持されるようになっている。

位置検出装置１のマシニングセンタ４１への位置決めは、固定治具２をテーブル４２の所定位置に所定状態で取り付けることにより行う。固定治具２の所定状態での取り付けは、例えば、図１１に示すように、回転スピンドル４８にてこ式ダイヤルゲージ５０を装着し、マシニングセンタ４１（図１０参照）側のテーブル４２を所定の状態に移動させながら（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）、例えば、位置決めピン６の状態をてこ式ダイヤルゲージ５０で検出しながら調整して実施される。

高い検出精度で被検出物の所定位置を検出するには、被検出物の所定位置と光の焦点位置Ｏとを一致させることが重要である。例えば、ボールエンドミルやドリルの所定位置（刃先先端）は回転中心軸上にあるため回転中心軸と焦点位置Ｏを一致させることが重要であり、また、スクエアエンドミルの所定位置（刃先先端）はスクエアエンドミルの外周上（外径の回転軌跡上）にあるため、回転中心軸と焦点位置Ｏを一致させた後にスクエアエンドミルをその半径ｒ分だけ光軸と平行に受光部３１側へオフセットさせることで所定位置（刃先先端）と焦点位置Ｏを一致させることが可能である。

回転中心軸と焦点位置Ｏを一致させる方法については特に限定されるものではないが、本実施形態例においては、位置検出装置１の底面に位置決め用の嵌合穴８が穿設され、集光レンズ群２２で絞られたレーザー光の焦点位置Ｏが嵌合穴８の中心軸上にあるように設定されているため、回転中心軸と嵌合穴８の中心軸とが一致するように位置決めをすることで、回転中心軸と焦点位置Ｏを容易に一致させることが可能である。また、本実施形態例においては、位置検出装置１の底面にキー溝２０が光軸と平行に設けられ、位置検出装置１の取り付け時に利用することが可能である。

スクエアエンドミルを被検出物とした場合における所定位置（刃先先端）と嵌合穴８の中心軸（即ち、焦点位置Ｏ）とを一致させる方法の一例として、図１０、図１１を参照して固定治具２を使用した場合を具体的に説明する。

位置検出装置１のマシニングセンタ４１への位置決めは、固定治具２をテーブル４２の任意位置に所定状態で取り付けることにより行う。固定治具２の所定状態での取り付けは、図１１に示すように、回転スピンドル４８にてこ式ダイヤルゲージ５０を装着し、回転スピンドル４８は回転させず固定のままマシニングセンタ４１側のテーブル４２を所定の状態に移動させながら、キー７の状態をてこ式ダイヤルゲージ５０で検出しながら固定治具２の姿勢を調整して、キー７の長軸方向とマシニングセンタ４１のＸ軸（もしくはＹ軸）とが平行となるように固定治具２をテーブル４２に取り付け固定する。

次に、回転スピンドル４８に装着されたてこ式ダイヤルゲージ５０で位置決めピン６の外周部を検出しながら回転スピンドル４８を手動で回転させる。回転中心軸と位置決めピン６の中心軸が一致していない場合には、位置ずれに応じててこ式ダイヤルゲージ５０が反応するため、この反応が無くなるようにテーブル４２、コラム４６を移動させながら調整することで、回転中心軸と位置決めピン６の中心軸を一致させる。位置検出装置１は、固定治具２の位置決めピン６と位置検出装置１の嵌合穴８が嵌合すると共に、固定治具２のキー７と位置検出装置１のキー溝２０が嵌合するように取り付けられるため、嵌合穴８が回転中心軸に一致することとなり、即ち、位置検出装置１における焦点位置Ｏが回転中心軸に一致することになり、この時のマシニングセンタ４１のＸ軸座標値およびＹ軸座標値が焦点位置Ｏの座標を示すことになる。

回転中心軸と焦点位置Ｏを一致させた後にスクエアエンドミルをその半径ｒ分だけ光軸と平行な方向、即ち、キー７の長軸方向に受光部３１側へオフセットさせることでスクエアエンドミルの所定位置（刃先先端）と焦点位置Ｏを一致させることが容易に可能である。ボールエンドミルやドリルのように所定位置（刃先先端）が回転中心軸上にある場合は半径ｒ分のオフセットは不要である。このため、固定治具２をテーブル４２に取り付ける際におけるキー７の長軸方向とマシニングセンタ４１のＸ軸（もしくはＹ軸）とが平行となるような調整も不要である。

図２に基づいて上述した位置検出装置１を用いたエンドミル１７の刃先位置を検出する作用を説明する。

マシニングセンタ４１（図１０参照）側の操作により位置検出装置１を所定の位置（レーザー光の焦点位置Ｏとエンドミル１７の回転中心軸が一致する位置）に位置させ、発光部１４の半導体レーザーダイオード２１からレーザー光を発射させる。特定の拡がり角を有するレーザー光は、集光レンズ群２２を通過することにより絞り光となり、遮光板２７に照射される。照射された絞り光は中心部の強度の安定した光が微小穴２６を通過し発光防塵ガラス２８を透過して測定空間（発光ブロック４と受光ブロック５の間の空間）に発射される。測定空間に発射されたレーザー光は、光軸１８の角度がエンドミル１７の回転中心軸に直交する水平軸１９に対して−２度の傾きを持つように設定されている。測定空間に発射されたレーザー光は遮蔽物が存在しない状態ではそのままの光量が受光部３１で受光される。

エンドミル１７を加工時と同じ回転速度で回転させながらレーザー光に接近させる（下降させる）。レーザー光の焦点位置Ｏにエンドミル１７の先端が到達するとレーザー光を遮光すると同時に、受光部３１のフォトダイオードの光量が減少し、電気信号として基板１２の回路で減少が判別される。フォトダイオードの光量が減少すると、即ち、受光レベルがしきい値を挟んで低下（変化）すると、レーザー光の焦点位置Ｏにエンドミル１７の先端が位置したと判断され、エンドミル１７の刃先先端部の位置が検出される。光量の減少が判別された時の判別信号は、同時に、表示ランプ１０に送られ、表示ランプ１０が点灯して作業者が位置決めを視覚により認識する。

従って、回転状態にあるエンドミル１７の刃先先端部の位置、即ち、加工中の熱変位を加味した状態での位置を非接触で測定することが可能になる。また、レーザー光の光軸１８が傾斜しているので、エンドミル１７の刃先先端部に摩耗や欠損等が生じていても固有の刃先先端部の位置を検出することが可能になる。また、遮光板２７の微小穴２６を通過させたレーザー光を受光部３１で受光するようにしているので、強度分布の強い光軸中心付近のレーザー光だけを受光部３１で受光することができ、エンドミル１７で乱反射した外乱光の影響を回避して安定した受光感度に基づく検出が可能になる。

図５にはスクエアエンドミル５１の刃先先端部の検出状況を示してある。

図に示すように、スクエアエンドミル５１は先端の回転軌跡が中低状とされているので、マシニングセンタ４１（図１０参照）側の操作による位置検出装置１の位置決めを、レーザー光の焦点位置Ｏとスクエアエンドミル５１の外周（外径の回転軌跡上）が一致する位置に半径ｒ分オフセットさせる。この状態で、前述と同様にスクエアエンドミル５１を加工時と同じ回転速度で回転させながらレーザー光に接近させる（下降させる）。レーザー光は、光軸１８の角度が−２度の傾きを持つように設定されているので、レーザー光の焦点位置Ｏにスクエアエンドミル５１の先端が到達すると先端刃先部の外周部の先端（角部）がレーザー光を遮光し、スクエアエンドミル５１の刃先先端部の位置が検出される。

このため、先端の回転軌跡が中低状のスクエアエンドミル５１であっても常にレーザー光の焦点位置で先端刃先部の外周部の先端を捉えることができ、確実にレーザー光の遮光が判定されて先端刃先部の位置を正確に検出することができる。

図６にはボールエンドミル５５の刃先先端部の検出状況を示してある。

図に示すように、ボールエンドミル５５は先端が球状とされているので、マシニングセンタ４１（図１０参照）側の操作による位置検出装置１の位置決めを、レーザー光の焦点位置Ｏとボールエンドミル５５の先端（下端）、即ち、ボールエンドミル５５の回転中心軸を一致させる。この状態で、前述と同様にボールエンドミル５５を加工時と同じ回転速度で回転させながらレーザー光に接近させる（下降させる）。レーザー光は、光軸１８の角度が−２度の傾きを持つように設定されているので、レーザー光の焦点位置Ｏにボールエンドミル５５の先端が到達すると、径方向の外側ではなく先端刃先部がレーザー光を遮光し、ボールエンドミル５５の刃先先端部の位置が検出される。

このため、先端がボール状のボールエンドミル５５であっても常にレーザー光の焦点位置で先端刃先部を捉えることができ、確実に先端刃先部によるレーザー光の遮光が判定されて先端刃先部の位置を正確に検出することができる。

図７にはドリル５８の刃先先端部の検出状況を示してある。

図に示すように、ドリル５８は回転時の投影状態で先端が角状とされているので、マシニングセンタ４１（図１０参照）側の操作による位置検出装置１の位置決めを、レーザー光の焦点位置Ｏとドリル５８の先端（下端）、即ち、ドリル５８の回転中心軸を一致させる。この状態で、前述と同様にドリル５８を加工時と同じ回転速度で回転させながらレーザー光に接近させる（下降させる）。レーザー光は、光軸１８の角度が−２度の傾きを持つように設定されているので、レーザー光の焦点位置Ｏにドリル５８の先端が到達すると、角状の先端刃先部が確実にレーザー光を遮光し、ドリル５８の刃先先端部の位置が検出される。

このため、先端が角状のドリル５８であっても常にレーザー光の焦点位置で先端刃先部を捉えることができ、確実に先端刃先部によるレーザー光の遮光が判定されて先端刃先部の位置を正確に検出することができる。

図８に基づいて遮光板２７を備えた場合の状況を説明する。

図８には微小穴２６を備えた遮光板２７がある場合（●）とない場合（×）とにおいて、被検出物によりレーザー光を遮光した状況におけるフォトダイオードの出力の変化を示してある。図に示すように、レーザー光を遮光板２７の微小穴２６を通過させて強度分布の強い光軸中心付近のレーザー光だけを用いた場合、被検出物によりレーザー光を遮光した際には、遮光量に対して出力の変化が急激になり、フォトダイオードの出力の変化を確実に捉えることができる。このため、安定した受光感度に基づいた刃先の検出を行うことができる。

図９に基づいて刃先先端の検出精度誤差及び傾斜角度と工具径との関係により説明する。

スクエアエンドミルの外径は、０.２ｍｍ、１.０ｍｍ、６.０ｍｍ、１２.０ｍｍ、１９.０ｍｍの５種類に対し、傾斜角が０度（水平）、−２度、−１０度の場合について測定し、２５回繰り返し測定時のばらつき（最大値から最小値を減じた値）を検出精度誤差（μｍ）として示してある。スクエアエンドミルの回転数は４０００ｍｉｎ^−１、スクエアエンドミルの刃数は２枚である。

図から明らかなように、各径のスクエアエンドミルで傾斜角が−２度及び−１０度の時に１μｍから２μｍ（特に、傾斜角が−２度で０.２ｍｍ径を除いて１μｍ）の範囲に誤差が収まり、実用上問題のない範囲のばらつきであることが確認された。これに対し、傾斜角が０度の場合、全ての径のスクエアエンドミルで傾斜を設けた場合よりも大きな誤差が生じ、特に、６.０ｍｍ径以上の径で４μｍ以上の誤差が生じたことが確認された。

このため、傾斜角度を−２度に設定した場合、工具径に拘わらず少ない誤差で刃先先端の測定を行うことができることが判る。傾斜角度が−１０度の場合であっても、問題のない誤差で測定を行うことができることが判る。

上述した位置検出装置１を用いることで、レーザー光の受け渡しによりエンドミルの位置を検出する際に、エンドミルを加工時と同様に回転させながら先端位置を非接触で検出することができ、エンドミルの形状に拘わらず、常に、光軸上の焦点位置でエンドミルの所定位置を検出することができる。このため、エンドミルの位置を確実にしかも正確に検出することが可能になる。

上述した実施形態例では、被検出物としてエンドミルを例に挙げて説明したが、旋盤や研削盤のワーク等、数値制御工作機械の回転工具以外の被検出物の位置の測定に適用することも可能である。

本発明は、数値制御工作機械の被検出物、例えば、回転工具であるエンドミル等の位置を非接触で検出する位置検出装置の産業分野で利用することができる。

本発明の一実施形態例に係る位置検出装置の外観図である。 位置検出装置の断面図である。 位置検出装置の平面図である。 位置検出装置の底面図である。 スクエアエンドミルの刃先先端部を検出している状態の概略図である。 ボールエンドミルの刃先先端部を検出している状態の概略図である。 ドリルの刃先先端部を検出している状態の概略図である。 微小穴を備えた遮光板の有無による検出状況の違いを表すグラフである。 傾斜角度による検出の誤差を示したグラフである。 位置検出装置をマシニングセンタに備えた状態の外観図である。 固定治具の位置調整を実施している状態の外観図である。

符号の説明

１ 位置検出装置
２ 固定治具
３ 本体
４ 発光ブロック
５ 受光ブロック
６ 位置決めピン
７ キー
８ 嵌合穴
９ 磁石
１０ 表示ランプ
１１ バッテリ
１２ 基板
１３ 電源スイッチ
１４ 発光部
１７ エンドミル
１８ 光軸
１９ 水平軸
２０ キー溝
２１ 半導体レーザーダイオード
２２ 集光レンズ群
２４ ホルダ
２５ 固定ねじ
２６ 微小穴
２７ 遮光板
２８ 発光防塵ガラス
３１ 受光部
３２ 受光防塵ガラス
４１ マシニングセンタ
４２ テーブル
４４ ベッド
４６ コラム
４７ 主軸ヘッド
４８ 回転スピンドル
５０ てこ式ダイヤルゲージ
５１ スクエアエンドミル
５５ ボールエンドミル
５８ ドリル

Claims (8)

1. 数値制御工作機械の被検出物の移動経路を挟んで光の受け渡しを行う発光手段及び受光手段を本体に備え、光軸が被検出物の移動方向に直交する方向に対して所定角度傾斜した状態に発光手段及び受光手段を配置し、光の受け渡し中に被検出物を移動させて遮光状態となる受光手段での受光レベルがしきい値を挟んで変化した時に被検出物の所定位置を導出する制御手段を備え、
   前記数値制御工作機械の取付け位置に対して固定され前記本体が保持される固定治具を備え、前記固定治具と前記本体とを位置決めする位置決め手段を設けた
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１に記載の位置検出装置において、
   発光手段はレーザー発光手段であり、受光手段はレーザー受光手段であることを特徴とする位置検出装置。
3. 請求項２に記載の位置検出装置において、
   レーザー発光手段からのレーザー光を絞る絞り手段を備えたことを特徴とする位置検出装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の位置検出装置において、
   レーザー発光手段からのレーザー光を通過させる微小穴を備えた遮光板を設けたことを特徴とする位置検出装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の位置検出装置において、
   発光手段と受光手段の配置は、受け渡しされる光の光軸が被検出物の移動方向に直交する方向に対して１度から１０度の範囲で所定角度傾斜していることを特徴とする位置検出装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の位置検出装置において、
   被検出物は工作機械の回転工具であることを特徴とする位置検出装置。
7. 請求項６に記載の位置検出装置において、
   回転工具はエンドミルであることを特徴とする位置検出装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の位置検出装置において、
   位置決め手段は、本体の底面に穿孔された位置決め穴と、位置決め穴に嵌合される位置決めピンとからなり、
   位置決め穴の中心位置は、発光手段から発射される光の焦点位置に一致している
   ことを特徴とする位置検出装置。

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