JP5453020B2 - 切削工具の加工位置補正装置およびその加工位置補正方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、旋盤S内には、軸線がZ軸方向(水平方向)と平行になるように固定された主軸台10と、Z軸方向に平行な方向及びZ軸方向と直交し垂直方向に対し60度後方に傾斜したX軸方向に平行な方向に移動可能なターレット装置20とが対向するように配置されている。主軸台10には、主軸11がZ軸方向と平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。主軸11は、図示しない主軸駆動モータによって回転駆動されるようになっている。主軸11のターレット装置20側の先端部には、被加工物であるワークWを把持するチャック12が取り付けられている。このような構成の主軸台10及び主軸駆動モータは、ベッド13上に配置されている。
図1及び図2に示すように、旋盤S内には、撮像装置27が隔離ゾーンS1と加工ゾーンS2との間をスライド可能に配置されている(図4参照)。この撮像装置27は、被写体となる切削工具(以下、バイトともいう)25,26の例えば図5に示すチップ25A,26A(バイト等のチップでない切削工具のときは刃先)などを撮像する。即ち、撮像装置27は、チップ25A,26Aなどを撮像する際には加工ゾーンS2側へスライドし、撮像が終了すると隔離ゾーンS1側へスライドする。なお、撮像装置27で撮像した画像データは、図6に示すCPU60へ出力するように構成されている。そして、CPU60は、チップ25A,26Aの変位などを照合・演算し、それらの結果に基づいて切削工具の加工位置を補正する。
このハーフミラー31Bは、撮像レンズ体29及びフルミラー31Aの間に配置されており、入射する被写体光を一部反射し一部投下するミラーである。
図1及び図4に示すように、撮像装置27は、隔壁15の所定箇所に配置されており、図示しないスライド機構(例えばエアー通路のエアーで作動するシリンダ等)が連結されている。そのため、上述したように撮像装置27は、隔離ゾーンS1と加工ゾーンS2との間をスライドし、切削加工直前には加工ゾーンS2から隔離ゾーンS1へ後退する。撮像装置27を後退させる理由は、切削加工のターレット装置20に搭載するバイト等との干渉を防止すると共に、撮像装置27が切削作業中における作業者の視覚障害を回避し作業性を向上させるためである。
図5に示すように、チャック12の外周側には、基準体であるインバー体47が、上述した基準ゲージ18に対向するように配置されている。即ち、インバー体47の先端47Aと基準ゲージ18とバイト26のチップ26Aとが、撮像装置27の視野領域に収めて撮像(一望視と同義)できるように、インバー体47及び基準ゲージ18並びにバイト26が配置される。なお、バイト26は、チップ検出時に撮像装置27の一望視Aエリア(図中では「A枠」という)または一望視Bエリア(図中では「B枠」という)内の所定位置に移動するように予め設定されている。
旋盤S(図1参照)は、図6に示すように、CPU60と、不揮発性メモリであるROM62,RAM64と、NCテーブル50に配置されるモータドライバ51,NCモータ52と、ターレット装置20に配置されるモータドライバ53,ターレットモータ54と、操作部56と、表示部57と、ブザー58と、を備える。制御手段および補正手段であるCPU60は、旋盤Sの全体的な動作を司り、たとえば操作部56に配置される操作キーが操作された場合に、その操作に基づく処理を行う。また、CPU60には位置検出手段および撮像手段の一部を構成する一対のカメラ30がそれぞれ接続されており、カメラ30で撮像された画像データがCPU60へそれぞれ入力される。
先ず、チップ検出時においては、図5に示すように、基準ゲージ18及びインバー体47並びにバイト26のチップ26Aを、撮像装置27のカメラ30(図3A参照)の一望視Aエリアに収めて撮像する場合は、基準ゲージ18とバイト26の刃先26Aの上面の高さを同一高さとして行なう。また、チップ検出時には、図4に示すように、撮像装置27を隔離ゾーンS1から加工ゾーンS2へスライドさせると共に、図1に示す光源43を発光させる。
図6に示すCPU60は、ステップ162において、刃先が折損か否かを判断する。ステップ162が否定の場合はステップ164で刃先が膨張(構成刃先または切粉の付着など)か否かを判断し、ステップ164が否定の場合はステップ167で刃先が磨耗か否かを判断する。なお、これらの判断手法は、後述するシークラインなどを用いる。ここで、構成刃先とは、切粉等が例えば切削工具のすくい面に溶着し膨張する状態をいう。また、ステップ162が肯定の場合すなわち折損している場合には、ステップ163において、折損データをRAM64に記録する(即ち、メンテナンス等の際のデータとする)。
図8に示すように、複数本のシークライン(刃先部分輪郭の位置を求める手段)CLをチップ26Aの輪郭に沿って例えは10μm毎の等間隔で予め設定される。この際、シークラインCLの長さは輪郭線を中心として基準長すなわち半長たとえば50μm(全長は100μm)で、シークラインCLはチップ26Aの輪郭線に対し直角になるよう予め設定される。ここで、図8に示すシークラインCL群(刃先の輪郭部分を位置認識する手段)より構成されるテンプレート(刃先の位置を求める手段)を、基準画像となるオリジナルテンプレートという。オリジナルテンプレートデータ(基準画像データを含む概念)は、チップ26Aの輪郭部分を位置認識する基準となる画像データとなる。
図9に示すように、X方向切削線は、シークラインCL群の中でエッジ位置が最下端のものを演算し、その最下端エッジ位置から水平方向へ描いた直線である。即ち、X方向切削線は、チップ26Aの輪郭に対する水平接線である。図10に示すように、Z方向切削線に係るシークラインCLも、上述したX方向切削線の場合と同様に生成する。即ち、Z方向切削線は、チップ26Aの輪郭に対する垂直接線である。そして、X方向切削線およびZ方向切削線の位置を、図8に示すオリジナルテンプレートに対する差分量として、図6に示すRAM64にそれぞれ記録する。ここで、切削線の位置(ベクトル)は相対ベクトルおよび絶対ベクトルの意義があり、絶対ベクトルは刃具の磨耗と機械全体の熱歪の合計である。そして、絶対ベクトルをNCテーブル50(図6参照)で補償し、刃具の磨耗と機械の熱変位をフィードバック補償する。即ち、NCテーブル50の補正データは、切削線の絶対位置に基づいて処理する。
この補正データは、刃具変形磨耗量および刃具の変位量に対する「総合切削追込み追加量」のデータに基づくものである。この総合切削追込み追加量は、以下のように演算する。ここで、一般に、刃具でワーク(材料)を切削する場合、以下の関係があるとする。即ち、刃具自体の摩耗量=Cab(刃具が新品の時をゼロ値とし、刃具全体が変位している量は考慮しない),変形摩耗係数=Kcb(刃具自体の摩耗量に対する切削追い込み追加量を経験によって得る係数),Func(Cab)=変形磨耗関数(刃具自体の摩耗量に対する切削追い込み追加量を求める経験値すなわち関数),刃具変位量=Coffset(刃具全体の変位量たとえばNCテーブルなどの熱膨張で生じる変位),総合切削追込み追加量=Mtotal(総合的な切削追い込み追加量)とする。
刃具自体の磨耗量が比例する場合は、Mtotal=Cab×(1+Kcb)+Coffset即ちMtotal=MtotalOrg+Cab×Kcb(式21)で演算する。ここでは、刃具自体の摩耗量を補正するが、係数(Kcb)を加えた分さらに追込み補正する。Kcbは、一般にプラス値である。即ち、刃具が摩耗すると、更に余分に補正する。なお、Kcbがマイナス値の場合は、減算して補正する。Kcbは、実験的に求める。また、Kcbは切削条件(例えば刃具の種類、ワークの材質など)によって異なる。
刃具自体の磨耗が比例しない場合は、Mtotal=Cab+Func(Cab)+Coffset即ちMtotal=MtotalOrg+Func(Cab)の式(22)で演算する。上述した式21のアルゴリズムにおいて、刃具自体の磨耗量に対する補正量は、直線的であるとした。しかし、実験的に求めた結果、曲線になる場合があるので、式22で対応する。即ち、上述した式21は、式22の特殊な形である。
第1の方法は、図14に示すように、認識マーク(即ち、基準位置を定めるマーク)92をチップ26A自体に設け、このマーク92を基準に切削線の相対位置を求める方法である。この場合、刃具が新品の時の値(即ち、磨耗量の値)をゼロとする。ここで、認識マーク92は、例えば特開平2001−127497号公報または特開平7−38519号公報などに記載される方法を用い、チップ26Aに設ける(図14参照)。
第1の方法は、図18に示すように、認識マーク92をチップ26A自体に設け、このマーク92の位置を求める方法である。この場合、刃具が新品の時の値(即ち、磨耗量の値)をゼロとする。第2の方法は、チップ26A全体のテンプレート(図15参照)の位置を求める方法である。即ち、CPU60は、オリジナルテンプレート(図8参照)にキャリブレーションサイクル時の画像データ(図15参照)をパターンマッチングして比較し、その差分に基づいて磨耗量を演算する。第2の方法では、チップ26Aが磨耗する領域が小さいので、チップ26A全体に対する影響は少ない。第3の方法は、図17に示すように、チップ26Aの刃先以外のテンプレートの位置を求める方法である。
Claims (3)
- 被写体を撮像する撮像手段と、
上記撮像手段は被写体として切削工具を撮像し、この画像データに基づき上記切削工具自体の磨耗量および上記切削工具の変位量を演算すると共に、上記切削工具の撓みをも含む変形磨耗量および上記切削工具の熱変位をも含む変位量に対する総合切削追込み追加量を比例関係にある変形摩耗係数または比例関係のない変形摩耗関数を用いて演算する演算手段と、
上記演算手段の演算結果に基づき上記切削工具の加工位置を補正する制御手段と、
を備える切削工具の加工位置補正装置。 - 被写体を撮像する撮像手段と、
上記撮像手段は被写体として切削工具を撮像し、この画像データに基づく基準画像データおよびキャリブレーションサイクル時の画像データを照合する照合手段と、
上記照合手段の照合結果に基づく上記切削工具の撓みをも含む変形磨耗量および上記切削工具の熱変位をも含む変位量に対する総合切削追込み追加量を比例関係にある変形摩耗係数または比例関係のない変形摩耗関数を用いて演算する演算手段と、
上記演算手段の演算結果に基づき上記切削工具の加工位置を補正する制御手段と、
を備える切削工具の加工位置補正装置。 - 被写体として切削工具を撮像し、この画像データに基づき上記切削工具自体の磨耗量および上記切削工具の変位量を演算すると共に、上記切削工具の撓みをも含む変形磨耗量および上記切削工具の熱変位をも含む変位量に対する総合切削追込み追加量を比例関係にある変形摩耗係数または比例関係のない変形摩耗関数を用いて演算し、この演算結果に基づき上記切削工具の加工位置を補正する切削工具の加工位置補正方法。
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