自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具
【課題】ＡＴＣアームの芯出し作業の作業性を向上させることが可能な自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具を提供する。
【解決手段】治具本体にファイバセンサ５を設け、治具本体をＡＴＣアーム２の工具把持部３で把持し、主軸を主軸中心線が直交する平面上で軸移動させて、ファイバセンサ５の検査光で主軸６の端面６ａを走査した時の受光量の変化を機外のアンプで確認し、受光量が変化した時点の主軸６の座標に基づいてＡＴＣアーム２を芯出しするので、機内作業が排除され、芯出し作業の作業性を向上させることができる。
【解決手段】治具本体にファイバセンサ５を設け、治具本体をＡＴＣアーム２の工具把持部３で把持し、主軸を主軸中心線が直交する平面上で軸移動させて、ファイバセンサ５の検査光で主軸６の端面６ａを走査した時の受光量の変化を機外のアンプで確認し、受光量が変化した時点の主軸６の座標に基づいてＡＴＣアーム２を芯出しするので、機内作業が排除され、芯出し作業の作業性を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備える工作機械においては、工具交換時に、自動工具交換装置のＡＴＣアームの工具把持中心が主軸中心に一致していない、すなわち、芯ずれしていると、主軸のテーパ穴表面に傷を付けるおそれがある。したがって、なんらかの原因でＡＴＣアームに芯ずれが生じた場合、ＡＴＣアームの工具把持中心を主軸中心に一致させる、すなわち、ＡＴＣアームを芯出しする必要がある。
【０００３】
典型的に、ＡＴＣアームの芯出しは、以下のように実施される。まず、主軸を軸移動させて、ＡＴＣアームと主軸とをおおよそ芯合わせする。この状態で、主軸に軸ゲージを装着するとともにＡＴＣアームの工具把持部にリングゲージを装着する。次に、主軸をＸ軸方向又はＹ軸方向へパルス送りして、確認ゲージのゲージ軸が、軸ゲージに形成された主軸側ゲージ穴とリングゲージに形成されたＡＴＣアーム側ゲージ穴とに同時に挿入することができるように調整する。調整後の位置（主軸の位置）を芯出し後の工具交換位置としてＮＣ装置に記憶させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような芯出し作業は、作業者が機内に入って行うため、作業性が悪い。また、作業者が感覚を頼りに行う作業であるため、作業者に熟練が要求されるとともに多くの工数を要していた。
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＡＴＣアームの芯出し作業の作業性を向上させる自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の自動工具交換装置の芯出し方法は、主軸は工具を受け入れるための工具装着部を有し、前記主軸の端面には、中心が主軸中心線上に位置する円によって定義される前記工具装着部の開口が形成される工作機械の前記主軸と自動工具交換装置のＡＴＣアームとを芯出しする方法であって、前記ＡＴＣアームの工具把持部に、該工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に投受光センサを取り付けるステップと、前記投受光センサから投光された検査光を前記主軸へ向けて照射する照射ステップと、前記主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、前記検査光を、前記開口を定義する円上の２点を通過する第１直線上で走査する第１走査ステップと、前記第１走査ステップで、前記検査光が前記開口を定義する円上の２点を通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、前記主軸の第１座標と第２座標とを記録する第１記録ステップと、前記主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、前記検査光を、前記開口を定義する円上の２点を通過する第２直線上で走査する第２走査ステップと、前記第２走査ステップで、前記検査光が前記開口を定義する円上の２点を通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、前記主軸の第３座標と第４座標とを記録する第２記録ステップと、前記主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系における、前記第１座標と前記第２座標とによって定義される線分の中点を足とする第１垂線と、前記第３座標と前記第４座標とによって定義される線分の中点を足とする第２垂線との交点を、前記主軸中心線が通過するように前記主軸の工具交換位置を設定する芯出しステップと、を含むことを特徴とする。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の自動工具交換装置の芯出し治具は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載された自動工具交換装置の芯出し方法に使用される芯出し治具であって、前記自動工具交換装置のＡＴＣアームの工具把持部によって把持される本体部と、前記本体部に設けられ、前記工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に位置される投受光センサと、前記投受光センサから投光された検査光の反射光の受光量を表示可能な表示手段と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）〜（６）項の各々が、特許請求の範囲に記載した請求項１〜６の各々に相当する。
【０００８】
（１）主軸は工具を受け入れるための工具装着部を有し、主軸の端面には、中心が主軸中心線上に位置する円によって定義される工具装着部の開口が形成される工作機械の主軸と自動工具交換装置のＡＴＣアームとを芯出しする方法であって、ＡＴＣアームの工具把持部に、該工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に投受光センサを取り付けるステップと、投受光センサから投光された検査光を主軸へ向けて照射する照射ステップと、主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、検査光を、開口を定義する円上の２点を通過する第１直線上で走査する第１走査ステップと、第１走査ステップで、検査光が開口を定義する円上の２点を通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、主軸の第１座標と第２座標とを記録する第１記録ステップと、主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、検査光を、開口を定義する円上の２点を通過する第２直線上で走査する第２走査ステップと、第２走査ステップで、検査光が開口を定義する円上の２点を通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、主軸の第３座標と第４座標とを記録する第２記録ステップと、主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系における、第１座標と第２座標とによって定義される線分の中点を足とする第１垂線と、第３座標と第４座標とによって定義される線分の中点を足とする第２垂線との交点を、主軸中心線が通過するように主軸の工具交換位置を設定する芯出しステップと、を含む自動工具交換装置の芯出し方法。
本項に記載の自動工具交換装置の芯出し方法によれば、主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系における、第１座標と第２座標とによって定義される線分の中点を足とする第１垂線と、第３座標と第４座標とによって定義される線分の中点を足とする第２垂線との交点を、主軸中心線が通過するように主軸の工具交換位置（座標）を設定することにより、自動工具交換装置のＡＴＣアームを主軸に対して芯出しすることができる。
本項の態様において、工作機械を典型的な横型マシニングセンタとした場合、機械座標系のＺ軸は、主軸中心線に平行な方向へ延びる座標軸、Ｘ軸は、主軸中心線を含む水平面上に位置して主軸中心線に直交する直線に平行な方向へ延びる座標軸、Ｙ軸は、主軸中心線を含む鉛直面上に位置して主軸中心線に直交する直線に平行な方向へ延びる座標軸である。この場合、主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系は、機械座標系のＸＹ平面に対して平行な平面上に設定される。
ここで、第１直線を前記平面座標系のＸ軸（以下、単にＸ軸という）に平行な直線とし、同様に、第２直線を前記平面座標系のＹ軸（以下、単にＹ軸という）に平行な直線とする。
この場合、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、第１走査ステップでは、主軸を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｘ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第１直線上で走査する。次に、第１記録ステップでは、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が最初に急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第１座標〔ｘ１，ｙ１〕と、次に急激に変化（増加）した時点の座標、すなわち、第２座標〔ｘ２，ｙ２〕と、を記録する。
次に、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、第２走査ステップでは、主軸を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｙ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第２直線上で走査する。そして、第２記録ステップでは、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が最初に急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第３座標〔ｘ３，ｙ３〕と、次に急激に変化（増加）した時点の座標、すなわち、第４座標〔ｘ４，ｙ４〕と、を記録する。
なお、第１及び第２記録ステップにおいて、第１乃至第４座標のＺ座標は同一であるので、Ｚ座標の記録は省略することができる。
そして、第１座標と第２座標とによって定義される線分の中点、すなわち、座標〔（ｘ１＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）／２〕、を足とするＹ軸に対して平行な第１垂線と、第３座標と第４座標とによって定義される線分の中点、すなわち、座標〔（ｘ３＋ｘ４）／２，（ｙ３＋ｙ４）／２〕、を足とするＸ軸に対して平行な第２垂線との交点を、主軸中心線が通過するように主軸の工具交換位置を設定することにより、自動工具交換装置のＡＴＣアームを主軸に対して芯出しすることができる。
本項の態様では、弦の中点を足とする垂線は円の中心を通る、すなわち、同一の円における全ての弦はその円の中心で交わる原理を利用している。
本項の態様では、投受光センサによる検査光の反射光の受光量の変化は、投受光センサ用アンプの表示部の表示を、機外で確認することで知ることが可能であり、芯出し作業の作業性を向上させることができる。また、アンプの表示部の表示を読む作業は作業者によるばらつきが殆どないので、不慣れな作業者であってもＡＴＣアームの芯出しを効率的且つ正確に行うことができる。
【０００９】
（２）第１座標は、検査光が第１直線と開口を定義する円との２つの交点の一方の点を第１方向へ通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した時点の主軸の座標であり、第２座標は、検査光が第１直線と開口を定義する円との２つの交点の他方の点を第１方向とは逆方向の第２方向へ通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した時点の主軸の座標であり、第３座標は、検査光が第２直線と開口を定義する円との２つの交点の一方の点を第３方向へ通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した時点の主軸の座標であり、第４座標は、検査光が第２直線と開口を定義する円との２つの交点の他方の点を第３方向とは逆方向の第４方向へ通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した時点の主軸の座標である（１）の自動工具交換装置の芯出し方法。
本項に記載の自動工具交換装置の芯出し方法によれば、（１）同様に、工作機械を典型的な横型マシニングセンタとした場合、まず、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、第１走査ステップでは、主軸を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｘ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第１直線上で第１方向へ走査する。そして、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第１座標〔ｘ１，ｙ１〕を記録する。
次に、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、主軸を主軸中心線が直交する平面上で−Ｘ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第１直線上で第１方向とは逆方向の第２方向へ走査する。そして、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第２座標〔ｘ２，ｙ２〕を記録する。
次に、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、第２走査ステップでは、主軸を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｙ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第２直線上で第３方向へ向けて走査する。そして、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第３座標〔ｘ３，ｙ３〕を記録する。
次に、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、主軸を主軸中心線が直交する平面上で−Ｙ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第２直線上で第３方向とは逆方向の第４方向へ走査する。そして、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第４座標〔ｘ４，ｙ４〕を記録する。
そして、第１座標と第２座標とによって定義される線分の中点、すなわち、座標〔（ｘ１＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）／２〕、を足とするＹ軸に対して平行な第１垂線と、第３座標と第４座標とによって定義される線分の中点、すなわち、座標〔（ｘ３＋ｘ４）／２，（ｙ３＋ｙ４）／２〕、を足とするＸ軸に対して平行な第２垂線との交点を、主軸中心線が通過するように主軸の工具交換位置を設定することにより、自動工具交換装置のＡＴＣアームを主軸に対して芯出しすることができる。
本項の態様では、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に低下した時点の各座標を読み取る、換言すると、検査光が主軸の端面側から開口側へ走査されて開口に到達した時点の各座標を読み取るので、各座標を読み取る時の条件が同一であり、より精度が高いＡＴＣアームの芯出しが可能である。
【００１０】
（３）投受光センサは、自動工具交換装置のマガジンに収容可能な芯出し治具に設けられ、芯出し治具は、自動工具交換装置の自動工具交換動作によってＡＴＣアームの工具把持部に把持される（１）、（２）の芯出し方法。
本項に記載の芯出し方法によれば、自動工具交換装置の通常の自動工具交換動作によって芯出し治具をＡＴＣアームの工具把持部に把持させることが可能であり、芯出し治具をＡＴＣアームの工具把持部に取り付けるために作業者が機内に入る必要がないので、芯出し作業の安全性が確保される。
【００１１】
（４）前記（１）〜（３）の自動工具交換装置の芯出し方法に使用される芯出し治具であって、自動工具交換装置のＡＴＣアームの工具把持部によって把持される本体部と、本体部に設けられ、工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に位置される投受光センサと、投受光センサから投光された検査光の反射光の受光量を表示可能な表示手段と、を含む自動工具交換装置の芯出し治具。
本項に記載の芯出し治具によれば、表示手段の表示を機外で確認することで、投受光センサによる検査光の反射光の受光量の変化を知ることが可能であり、芯出し作業の安全性が確保される。
本項の態様において、表示手段は、例えば、投受光センサ用のアンプである。投受光センサとアンプとの間の信号の送受信は、無線通信を使用することができる。
【００１２】
（５）自動工具交換装置のマガジンに収納され、自動工具交換装置の自動工具交換動作によってＡＴＣアームの工具把持部に把持される（４）の芯出し治具。
本項に記載の芯出し治具によれば、自動工具交換装置の通常の自動工具交換動作によって芯出し治具をＡＴＣアームの工具把持部に把持させることが可能であり、芯出し治具をＡＴＣアームの工具把持部に取り付けるために作業者が機内に入る必要がないので、芯出し作業の安全性が確保される。
また、投受光センサとアンプとの間の信号を無線を使用して送受信する場合、芯出し治具を使用しない間、芯出し治具を自動工具交換装置のマガジンに収納しておくことが可能であり、芯出し治具を収納するためのスペースを他に確保する必要がない。
【００１３】
（６）投受光センサはファイバセンサである（４）、（５）の芯出し治具。
本項に記載の芯出し治具によれば、投受光センサを芯出し治具の本体部、すなわち、ＡＴＣアームの工具把持部に対して、容易に且つ高い精度で同軸に位置させることができる。
本項の態様において、本体部は、フランジ形状、すなわち、工具ホルダに対してシャンクを省略した形状とすることが可能であり、芯出し治具を小型化且つ軽量化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＡＴＣアームの芯出し作業の作業性を向上させることが可能な自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ファイバセンサの検査光で主軸の端面を走査する様子を示す説明図である。
【図２】ＡＴＣアームの工具把持部で把持された芯出し治具の治具本体を示す正面図である。
【図３】実施例１の説明図であって、特に、第１走査ステップ及び第１記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図４】実施例１の説明図であって、特に、第２走査ステップ及び第２記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図５】芯出しステップの説明図であって、主軸の端面の正面図である。
【図６】実施例２の説明図であって、特に、第１走査ステップ及び第１記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図７】実施例２の説明図であって、特に、第２走査ステップ及び第２記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図８】実施例２の他の実施形態の説明図であって、特に、第１走査ステップ及び第１記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図９】実施例２の他の実施形態の説明図であって、特に、第２走査ステップ及び第２記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
ここでは、横型マシニングセンタ（工作機械）における自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具１を説明するが、工作機械は、横型マシニングセンタに限定されない。なお、ここで説明される芯出し方法及び芯出し治具１は、ＡＴＣアームが旋回する公知の自動工具交換装置及びＮＣ制御装置を備える典型的な横型マシニングセンタに適用したのもである。したがって、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、横型マシニングセンタ及び自動工具交換装置の詳細な説明を省略する。
【００１７】
また、以下の説明において、便宜上、横型マシニングセンタに設定される機械座標に基づいて方向を表す。すなわち、図３乃至図５における左方向を＋Ｘ方向、図３乃至図５における右方向を−Ｘ方向、図３乃至図５における上方向を＋Ｙ方向、図３乃至図５における下方向を−Ｙ方向を、図１における右方向を＋Ｚ方向、図１における左方向を−Ｚ方向、図３乃至図５における左右方向をＸ軸方向、図３乃至図５における上下方向をＹ軸方向、図１における左右方向をＺ軸方向、と各々定義する。
【００１８】
図１は、ＡＴＣアーム２の工具把持部３によって把持された芯出し治具１を示す。芯出し治具１は、治具本体と表示手段とによって構成される。治具本体は、本体部４と、ファイバセンサ５（投受光センサ）とを含む。表示手段は、ファイバセンサ５から無線によって送信された受光量のアナログ信号をデジタル変換して数値として表示可能なアンプを含む。なお、ファイバセンサ５から無線によって送信された受光量とは、ファイバセンサ５の投光部から検査対象物（本実施形態では主軸６の端面６ａ）へ向けて検査光７が投光された時の、受光部によって受光された反射光８の光量である。また、ファイバセンサ５は、市販のものを適用することができる。
【００１９】
治具本体の本体部４は、典型的な工具ホルダのフランジ（ＡＴＣアーム２の工具把持部３に把持される部分）に相当するフランジ部９と、シャンクに相当するシャンク部１０とを含む。そして、図２に示されるように、工具把持部３によってフランジ部９が把持されて治具本体がＡＴＣアーム２に取り付けられた状態では、ファイバセンサ５の軸、すなわち、ファイバセンサ５の投光部から投光される検査光の光軸が、ＡＴＣアーム２の工具把持部３の工具把持中心Ｃに一致、すなわち、工具把持軸に一致するように構成されている。
【００２０】
なお、治具本体の本体部４には、シャンク部１０を軸直角方向へ貫通してファイバセンサ５を収容するための溝１２が形成されている。そして、本実施形態では、治具本体を主軸６の工具装着部１１に装着する必要がない、すなわち、通常の工具ホルダのように、シャンク部１０にプルスタッドを取り付ける必要ないので、シャンク部１０は、ファイバセンサ５を保護することができる程度にＺ軸方向長さが設定される。
【００２１】
次に、前述した芯出し治具１を用いて主軸６とＡＴＣアーム２とを芯出しする方法を説明する。
【実施例１】
【００２２】
まず、ＮＣ制御装置の工具交換指令により、自動工具交換装置のマガジンに収納された芯出し治具１の治具本体を、ＡＴＣアーム２の工具把持部３によって把持させる。なお、アンプ（表示手段）は、表示を作業者が確認できるように機外の適当な位置に置かれている。
【００２３】
［照射ステップ］
次に、主軸６を軸移動させて、図３に示されるように、ＡＴＣアーム２の工具把持部３に把持された治具本体のファイバセンサ５（投受光センサ）から投光される検査光７（図１参照）を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｐ１に照射する。なお、照射位置Ｐ１は、予め決定された位置であってもよいし、適当な位置であってもよい。
【００２４】
［第１走査ステップ］
次に、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｘ方向（図３における左方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、Ｘ軸に対して平行な第１直線Ｌ１上で、図３における右方向へ走査する。この場合、第１直線Ｌ１は、主軸６の工具装着部１１の開口を定義する円１３上の２点（Ｐ３及びＰ４）を通過する直線である。なお、主軸６の軸移動は、パルス送り或いは自動送りを選択することができる。
［第１記録ステップ］
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８（図１参照）の受光量が最初に急激に変化（低下）した時点の座標Ｐ３〔ｘ１，ｙ１〕と、次に急激に変化（増加）した時点の座標Ｐ４〔ｘ２，ｙ２〕とを記録する。
【００２５】
次に、主軸６を軸移動させて、図４に示されるように、ファイバセンサ５から投光される検査光７を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｑ１に照射する。なお、照射位置Ｑ１は、予め決定された位置であってもよいし、適当な位置であってもよい。
［第２走査ステップ］
次に、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｙ方向（図４における上方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、Ｙ軸に対して平行な第２直線Ｌ２上で、図４における下方向へ走査する。この場合、第２直線Ｌ２は、主軸６の工具装着部の開口を定義する円１３上の２点（Ｑ３及びＱ４）を通過する直線である。
［第２記録ステップ］
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８の受光量が最初に急激に変化（低下）した時点の座標Ｑ３〔ｘ３，ｙ４〕と、次に急激に変化（増加）した時点の座標Ｑ４〔ｘ４，ｙ４〕とを記録する。
【００２６】
［芯出しステップ］
次に、図５に示されるように、第１座標Ｐ３と第２座標Ｐ４とによって定義される線分Ｓ１の中点Ｍ１、すなわち、座標〔（ｘ１＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）／２〕、を足とするＹ軸に対して平行な第１垂線Ｖ１と、第３座標Ｑ３と第４座標Ｑ４とによって定義される線分Ｓ２の中点Ｍ２、すなわち、座標〔（ｘ３＋ｘ４）／２，（ｙ３＋ｙ４）／２〕、を足とするＸ軸に対して平行な第２垂線Ｖ２との交点Ｉを、主軸中心線が通過するように、主軸６の工具交換位置を設定（補正）することにより、自動工具交換装置のＡＴＣアーム２を主軸６に対して芯出しすることができる。
【００２７】
実施例１によれば、芯出し治具１の治具本体にファイバセンサ５（投受光センサ）を設け、治具本体をＡＴＣアーム２の工具把持部３で把持し、主軸を軸移動させて、ファイバセンサ５からＡＴＣアーム２の工具把持中心に対して同軸上で投受光される検査光で主軸６の端面６ａを走査した時の受光量の変化を機外のアンプで確認し、受光量が変化した時点の主軸６の座標に基づいて、主軸６と自動工具交換装置のＡＴＣアーム２とを芯出しするので、作業者が機内に入る作業が皆無となり、芯出し作業の作業性を向上させることができる。また、アンプの表示部の表示を読む作業は作業者によるばらつきが殆どなく、作業者に熟練が要求されないため、不慣れな作業者であっても、ＡＴＣアーム２の芯出しを効率的且つ正確に行うことができる。
また、自動工具交換装置の通常の自動工具交換動作によって芯出し治具１の治具本体をＡＴＣアーム２の工具把持部３に把持させることができるので、機内作業を排除することができる。
【実施例２】
【００２８】
まず、前述した実施例１同様、ＮＣ制御装置の工具交換指令により、自動工具交換装置のマガジンに収納された芯出し治具１の治具本体を、ＡＴＣアーム２の工具把持部３によって把持させる。
【００２９】
［照射ステップ］
次に、主軸６を軸移動させて、図６に示されるように、ＡＴＣアーム２の工具把持部３に把持された治具本体のファイバセンサ５（投受光センサ）から投光される検査光７（図１参照）を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｐ１に照射する。なお、照射位置Ｐ１は、予め決定された位置であってもよいし、適当な位置であってもよい。
【００３０】
［第１走査ステップ、第１記録ステップ］
次に、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｘ方向（図６における左方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、Ｘ軸に対して平行な第１直線Ｌ１上で、図６における右方向（第１方向）へ走査する。この場合、第１直線Ｌ１は、主軸６の工具装着部１１の開口を定義する円１３上の２点、Ｐ３（一方の点）及びＰ４（他方の点）を通過する直線である。なお、主軸６の軸移動は、パルス送り或いは自動送りを選択することができる。
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８（図１参照）の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標Ｐ３〔ｘ１，ｙ１〕を記録する。
【００３１】
次に、主軸６を軸移動させて、図６に示されるように、ファイバセンサ５から投光される検査光７を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｐ２に照射する。この状態で、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で−Ｘ方向（図６における右方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、第１直線Ｌ１上で、第１方向とは逆方向の第２方向（図６における左方向）へ向けて走査する。
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標Ｐ４〔ｘ２，ｙ２〕を記録する。
【００３２】
次に、主軸６を軸移動させて、図７に示されるように、ファイバセンサ５から投光される検査光７を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｑ１に照射する。なお、照射位置Ｑ１は、予め決定された位置であってもよいし、適当な位置であってもよい。
［第２走査ステップ、第２記録ステップ］
次に、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｙ方向（図７における上方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、Ｙ軸に対して平行な第２直線Ｌ２上で、図７における下方向（第３方向）へ走査する。この場合、第２直線Ｌ２は、主軸６の工具装着部の開口を定義する円１３上の２点、Ｑ３（一方の点）及びＱ４（他方の点）を通過する直線である。
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標Ｑ３〔ｘ３，ｙ４〕を記録する。
【００３３】
次に、主軸６を軸移動させて、図７に示されるように、ファイバセンサ５から投光される検査光７を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｑ２に照射する。この状態で、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で−Ｙ方向（図７における下方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、第２直線Ｌ２上で、第３方向とは逆方向の第４方向（図７における上方向）へ走査する。
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標Ｑ４〔ｘ４，ｙ４〕を記録する。
【００３４】
［芯出しステップ］
実施例２における芯出しステップは前述した実施例１における芯出しステップ（図５参照）と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００３５】
実施例２によれば、前述した実施例１と同等の効果を得ることができる。また、実施例２では、投受光センサ５による検査光７の反射光８の受光量が急激に低下した時点の各座標Ｐ３、Ｐ４、Ｑ３、Ｑ４を読み取る、換言すると、検査光７が主軸６の端面６ａ側から開口側へ走査されて開口（円１３）に到達した時点の各座標Ｐ３、Ｐ４、Ｑ３、Ｑ４を読み取るので、各座標Ｐ３、Ｐ４、Ｑ３、Ｑ４を読み取る時の条件（受光量が低下する）が同一であり、より精度が高いＡＴＣアーム２の芯出しが可能である。
【００３６】
なお、実施例２では、図６及び図７に示されるように、第１走査ステップにおける走査方向（第１方向及び第２方向）及び第２走査ステップにおける走査方向（第３方向及び第４方向）を、主軸６の端面６ａ側から開口側へ走査したが、図８及び図９に示されるように、第１走査ステップにおける走査方向（第１方向及び第２方向）及び第２走査ステップにおける走査方向（第３方向及び第４方向）を、開口側から主軸６の端面６ａ側へ走査して、投受光センサ５による検査光７の反射光８の受光量が急激に増加した時点の各座標Ｐ３、Ｐ４、Ｑ３、Ｑ４を読み取ってもよい。
【００３７】
前述した実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
本発明を横型マシニングセンタに適用した場合を説明したが、本発明を縦型マシニングセンタに適用することができる。
検査光をＸ軸及びＹ軸に対して平行な方向へ走査したが、これらの座標軸に対して斜めに走査することができる。すなわち、第１直線Ｌ１はＸ軸に対して平行な直線でなくてよく、同様に、第２直線Ｌ２はＹ軸に対して平行な直線でなくてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１ 芯出し治具、２ ＡＴＣアーム、３ 工具把持部、５ ファイバセンサ（投受光センサ）、６ 主軸、６ａ 端面、７ 検査光、８ 反射光、１３ 円（開口）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備える工作機械においては、工具交換時に、自動工具交換装置のＡＴＣアームの工具把持中心が主軸中心に一致していない、すなわち、芯ずれしていると、主軸のテーパ穴表面に傷を付けるおそれがある。したがって、なんらかの原因でＡＴＣアームに芯ずれが生じた場合、ＡＴＣアームの工具把持中心を主軸中心に一致させる、すなわち、ＡＴＣアームを芯出しする必要がある。
【０００３】
典型的に、ＡＴＣアームの芯出しは、以下のように実施される。まず、主軸を軸移動させて、ＡＴＣアームと主軸とをおおよそ芯合わせする。この状態で、主軸に軸ゲージを装着するとともにＡＴＣアームの工具把持部にリングゲージを装着する。次に、主軸をＸ軸方向又はＹ軸方向へパルス送りして、確認ゲージのゲージ軸が、軸ゲージに形成された主軸側ゲージ穴とリングゲージに形成されたＡＴＣアーム側ゲージ穴とに同時に挿入することができるように調整する。調整後の位置（主軸の位置）を芯出し後の工具交換位置としてＮＣ装置に記憶させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような芯出し作業は、作業者が機内に入って行うため、作業性が悪い。また、作業者が感覚を頼りに行う作業であるため、作業者に熟練が要求されるとともに多くの工数を要していた。
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＡＴＣアームの芯出し作業の作業性を向上させる自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の自動工具交換装置の芯出し方法は、主軸は工具を受け入れるための工具装着部を有し、前記主軸の端面には、中心が主軸中心線上に位置する円によって定義される前記工具装着部の開口が形成される工作機械の前記主軸と自動工具交換装置のＡＴＣアームとを芯出しする方法であって、前記ＡＴＣアームの工具把持部に、該工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に投受光センサを取り付けるステップと、前記投受光センサから投光された検査光を前記主軸へ向けて照射する照射ステップと、前記主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、前記検査光を、前記開口を定義する円上の２点を通過する第１直線上で走査する第１走査ステップと、前記第１走査ステップで、前記検査光が前記開口を定義する円上の２点を通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、前記主軸の第１座標と第２座標とを記録する第１記録ステップと、前記主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、前記検査光を、前記開口を定義する円上の２点を通過する第２直線上で走査する第２走査ステップと、前記第２走査ステップで、前記検査光が前記開口を定義する円上の２点を通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、前記主軸の第３座標と第４座標とを記録する第２記録ステップと、前記主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系における、前記第１座標と前記第２座標とによって定義される線分の中点を足とする第１垂線と、前記第３座標と前記第４座標とによって定義される線分の中点を足とする第２垂線との交点を、前記主軸中心線が通過するように前記主軸の工具交換位置を設定する芯出しステップと、を含むことを特徴とする。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の自動工具交換装置の芯出し治具は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載された自動工具交換装置の芯出し方法に使用される芯出し治具であって、前記自動工具交換装置のＡＴＣアームの工具把持部によって把持される本体部と、前記本体部に設けられ、前記工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に位置される投受光センサと、前記投受光センサから投光された検査光の反射光の受光量を表示可能な表示手段と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）〜（６）項の各々が、特許請求の範囲に記載した請求項１〜６の各々に相当する。
【０００８】
（１）主軸は工具を受け入れるための工具装着部を有し、主軸の端面には、中心が主軸中心線上に位置する円によって定義される工具装着部の開口が形成される工作機械の主軸と自動工具交換装置のＡＴＣアームとを芯出しする方法であって、ＡＴＣアームの工具把持部に、該工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に投受光センサを取り付けるステップと、投受光センサから投光された検査光を主軸へ向けて照射する照射ステップと、主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、検査光を、開口を定義する円上の２点を通過する第１直線上で走査する第１走査ステップと、第１走査ステップで、検査光が開口を定義する円上の２点を通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、主軸の第１座標と第２座標とを記録する第１記録ステップと、主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、検査光を、開口を定義する円上の２点を通過する第２直線上で走査する第２走査ステップと、第２走査ステップで、検査光が開口を定義する円上の２点を通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、主軸の第３座標と第４座標とを記録する第２記録ステップと、主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系における、第１座標と第２座標とによって定義される線分の中点を足とする第１垂線と、第３座標と第４座標とによって定義される線分の中点を足とする第２垂線との交点を、主軸中心線が通過するように主軸の工具交換位置を設定する芯出しステップと、を含む自動工具交換装置の芯出し方法。
本項に記載の自動工具交換装置の芯出し方法によれば、主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系における、第１座標と第２座標とによって定義される線分の中点を足とする第１垂線と、第３座標と第４座標とによって定義される線分の中点を足とする第２垂線との交点を、主軸中心線が通過するように主軸の工具交換位置（座標）を設定することにより、自動工具交換装置のＡＴＣアームを主軸に対して芯出しすることができる。
本項の態様において、工作機械を典型的な横型マシニングセンタとした場合、機械座標系のＺ軸は、主軸中心線に平行な方向へ延びる座標軸、Ｘ軸は、主軸中心線を含む水平面上に位置して主軸中心線に直交する直線に平行な方向へ延びる座標軸、Ｙ軸は、主軸中心線を含む鉛直面上に位置して主軸中心線に直交する直線に平行な方向へ延びる座標軸である。この場合、主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系は、機械座標系のＸＹ平面に対して平行な平面上に設定される。
ここで、第１直線を前記平面座標系のＸ軸（以下、単にＸ軸という）に平行な直線とし、同様に、第２直線を前記平面座標系のＹ軸（以下、単にＹ軸という）に平行な直線とする。
この場合、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、第１走査ステップでは、主軸を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｘ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第１直線上で走査する。次に、第１記録ステップでは、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が最初に急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第１座標〔ｘ１，ｙ１〕と、次に急激に変化（増加）した時点の座標、すなわち、第２座標〔ｘ２，ｙ２〕と、を記録する。
次に、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、第２走査ステップでは、主軸を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｙ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第２直線上で走査する。そして、第２記録ステップでは、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が最初に急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第３座標〔ｘ３，ｙ３〕と、次に急激に変化（増加）した時点の座標、すなわち、第４座標〔ｘ４，ｙ４〕と、を記録する。
なお、第１及び第２記録ステップにおいて、第１乃至第４座標のＺ座標は同一であるので、Ｚ座標の記録は省略することができる。
そして、第１座標と第２座標とによって定義される線分の中点、すなわち、座標〔（ｘ１＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）／２〕、を足とするＹ軸に対して平行な第１垂線と、第３座標と第４座標とによって定義される線分の中点、すなわち、座標〔（ｘ３＋ｘ４）／２，（ｙ３＋ｙ４）／２〕、を足とするＸ軸に対して平行な第２垂線との交点を、主軸中心線が通過するように主軸の工具交換位置を設定することにより、自動工具交換装置のＡＴＣアームを主軸に対して芯出しすることができる。
本項の態様では、弦の中点を足とする垂線は円の中心を通る、すなわち、同一の円における全ての弦はその円の中心で交わる原理を利用している。
本項の態様では、投受光センサによる検査光の反射光の受光量の変化は、投受光センサ用アンプの表示部の表示を、機外で確認することで知ることが可能であり、芯出し作業の作業性を向上させることができる。また、アンプの表示部の表示を読む作業は作業者によるばらつきが殆どないので、不慣れな作業者であってもＡＴＣアームの芯出しを効率的且つ正確に行うことができる。
【０００９】
（２）第１座標は、検査光が第１直線と開口を定義する円との２つの交点の一方の点を第１方向へ通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した時点の主軸の座標であり、第２座標は、検査光が第１直線と開口を定義する円との２つの交点の他方の点を第１方向とは逆方向の第２方向へ通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した時点の主軸の座標であり、第３座標は、検査光が第２直線と開口を定義する円との２つの交点の一方の点を第３方向へ通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した時点の主軸の座標であり、第４座標は、検査光が第２直線と開口を定義する円との２つの交点の他方の点を第３方向とは逆方向の第４方向へ通過して、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が変化した時点の主軸の座標である（１）の自動工具交換装置の芯出し方法。
本項に記載の自動工具交換装置の芯出し方法によれば、（１）同様に、工作機械を典型的な横型マシニングセンタとした場合、まず、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、第１走査ステップでは、主軸を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｘ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第１直線上で第１方向へ走査する。そして、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第１座標〔ｘ１，ｙ１〕を記録する。
次に、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、主軸を主軸中心線が直交する平面上で−Ｘ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第１直線上で第１方向とは逆方向の第２方向へ走査する。そして、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第２座標〔ｘ２，ｙ２〕を記録する。
次に、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、第２走査ステップでは、主軸を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｙ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第２直線上で第３方向へ向けて走査する。そして、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第３座標〔ｘ３，ｙ３〕を記録する。
次に、投受光センサから投光された検査光を主軸の端面へ向けて照射して、主軸を主軸中心線が直交する平面上で−Ｙ方向へ軸移動させて、投受光センサから投光された検査光を第２直線上で第３方向とは逆方向の第４方向へ走査する。そして、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標、すなわち、第４座標〔ｘ４，ｙ４〕を記録する。
そして、第１座標と第２座標とによって定義される線分の中点、すなわち、座標〔（ｘ１＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）／２〕、を足とするＹ軸に対して平行な第１垂線と、第３座標と第４座標とによって定義される線分の中点、すなわち、座標〔（ｘ３＋ｘ４）／２，（ｙ３＋ｙ４）／２〕、を足とするＸ軸に対して平行な第２垂線との交点を、主軸中心線が通過するように主軸の工具交換位置を設定することにより、自動工具交換装置のＡＴＣアームを主軸に対して芯出しすることができる。
本項の態様では、投受光センサによる検査光の反射光の受光量が急激に低下した時点の各座標を読み取る、換言すると、検査光が主軸の端面側から開口側へ走査されて開口に到達した時点の各座標を読み取るので、各座標を読み取る時の条件が同一であり、より精度が高いＡＴＣアームの芯出しが可能である。
【００１０】
（３）投受光センサは、自動工具交換装置のマガジンに収容可能な芯出し治具に設けられ、芯出し治具は、自動工具交換装置の自動工具交換動作によってＡＴＣアームの工具把持部に把持される（１）、（２）の芯出し方法。
本項に記載の芯出し方法によれば、自動工具交換装置の通常の自動工具交換動作によって芯出し治具をＡＴＣアームの工具把持部に把持させることが可能であり、芯出し治具をＡＴＣアームの工具把持部に取り付けるために作業者が機内に入る必要がないので、芯出し作業の安全性が確保される。
【００１１】
（４）前記（１）〜（３）の自動工具交換装置の芯出し方法に使用される芯出し治具であって、自動工具交換装置のＡＴＣアームの工具把持部によって把持される本体部と、本体部に設けられ、工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に位置される投受光センサと、投受光センサから投光された検査光の反射光の受光量を表示可能な表示手段と、を含む自動工具交換装置の芯出し治具。
本項に記載の芯出し治具によれば、表示手段の表示を機外で確認することで、投受光センサによる検査光の反射光の受光量の変化を知ることが可能であり、芯出し作業の安全性が確保される。
本項の態様において、表示手段は、例えば、投受光センサ用のアンプである。投受光センサとアンプとの間の信号の送受信は、無線通信を使用することができる。
【００１２】
（５）自動工具交換装置のマガジンに収納され、自動工具交換装置の自動工具交換動作によってＡＴＣアームの工具把持部に把持される（４）の芯出し治具。
本項に記載の芯出し治具によれば、自動工具交換装置の通常の自動工具交換動作によって芯出し治具をＡＴＣアームの工具把持部に把持させることが可能であり、芯出し治具をＡＴＣアームの工具把持部に取り付けるために作業者が機内に入る必要がないので、芯出し作業の安全性が確保される。
また、投受光センサとアンプとの間の信号を無線を使用して送受信する場合、芯出し治具を使用しない間、芯出し治具を自動工具交換装置のマガジンに収納しておくことが可能であり、芯出し治具を収納するためのスペースを他に確保する必要がない。
【００１３】
（６）投受光センサはファイバセンサである（４）、（５）の芯出し治具。
本項に記載の芯出し治具によれば、投受光センサを芯出し治具の本体部、すなわち、ＡＴＣアームの工具把持部に対して、容易に且つ高い精度で同軸に位置させることができる。
本項の態様において、本体部は、フランジ形状、すなわち、工具ホルダに対してシャンクを省略した形状とすることが可能であり、芯出し治具を小型化且つ軽量化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＡＴＣアームの芯出し作業の作業性を向上させることが可能な自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ファイバセンサの検査光で主軸の端面を走査する様子を示す説明図である。
【図２】ＡＴＣアームの工具把持部で把持された芯出し治具の治具本体を示す正面図である。
【図３】実施例１の説明図であって、特に、第１走査ステップ及び第１記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図４】実施例１の説明図であって、特に、第２走査ステップ及び第２記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図５】芯出しステップの説明図であって、主軸の端面の正面図である。
【図６】実施例２の説明図であって、特に、第１走査ステップ及び第１記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図７】実施例２の説明図であって、特に、第２走査ステップ及び第２記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図８】実施例２の他の実施形態の説明図であって、特に、第１走査ステップ及び第１記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【図９】実施例２の他の実施形態の説明図であって、特に、第２走査ステップ及び第２記録ステップを説明するための主軸の端面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
ここでは、横型マシニングセンタ（工作機械）における自動工具交換装置の芯出し方法及び芯出し治具１を説明するが、工作機械は、横型マシニングセンタに限定されない。なお、ここで説明される芯出し方法及び芯出し治具１は、ＡＴＣアームが旋回する公知の自動工具交換装置及びＮＣ制御装置を備える典型的な横型マシニングセンタに適用したのもである。したがって、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、横型マシニングセンタ及び自動工具交換装置の詳細な説明を省略する。
【００１７】
また、以下の説明において、便宜上、横型マシニングセンタに設定される機械座標に基づいて方向を表す。すなわち、図３乃至図５における左方向を＋Ｘ方向、図３乃至図５における右方向を−Ｘ方向、図３乃至図５における上方向を＋Ｙ方向、図３乃至図５における下方向を−Ｙ方向を、図１における右方向を＋Ｚ方向、図１における左方向を−Ｚ方向、図３乃至図５における左右方向をＸ軸方向、図３乃至図５における上下方向をＹ軸方向、図１における左右方向をＺ軸方向、と各々定義する。
【００１８】
図１は、ＡＴＣアーム２の工具把持部３によって把持された芯出し治具１を示す。芯出し治具１は、治具本体と表示手段とによって構成される。治具本体は、本体部４と、ファイバセンサ５（投受光センサ）とを含む。表示手段は、ファイバセンサ５から無線によって送信された受光量のアナログ信号をデジタル変換して数値として表示可能なアンプを含む。なお、ファイバセンサ５から無線によって送信された受光量とは、ファイバセンサ５の投光部から検査対象物（本実施形態では主軸６の端面６ａ）へ向けて検査光７が投光された時の、受光部によって受光された反射光８の光量である。また、ファイバセンサ５は、市販のものを適用することができる。
【００１９】
治具本体の本体部４は、典型的な工具ホルダのフランジ（ＡＴＣアーム２の工具把持部３に把持される部分）に相当するフランジ部９と、シャンクに相当するシャンク部１０とを含む。そして、図２に示されるように、工具把持部３によってフランジ部９が把持されて治具本体がＡＴＣアーム２に取り付けられた状態では、ファイバセンサ５の軸、すなわち、ファイバセンサ５の投光部から投光される検査光の光軸が、ＡＴＣアーム２の工具把持部３の工具把持中心Ｃに一致、すなわち、工具把持軸に一致するように構成されている。
【００２０】
なお、治具本体の本体部４には、シャンク部１０を軸直角方向へ貫通してファイバセンサ５を収容するための溝１２が形成されている。そして、本実施形態では、治具本体を主軸６の工具装着部１１に装着する必要がない、すなわち、通常の工具ホルダのように、シャンク部１０にプルスタッドを取り付ける必要ないので、シャンク部１０は、ファイバセンサ５を保護することができる程度にＺ軸方向長さが設定される。
【００２１】
次に、前述した芯出し治具１を用いて主軸６とＡＴＣアーム２とを芯出しする方法を説明する。
【実施例１】
【００２２】
まず、ＮＣ制御装置の工具交換指令により、自動工具交換装置のマガジンに収納された芯出し治具１の治具本体を、ＡＴＣアーム２の工具把持部３によって把持させる。なお、アンプ（表示手段）は、表示を作業者が確認できるように機外の適当な位置に置かれている。
【００２３】
［照射ステップ］
次に、主軸６を軸移動させて、図３に示されるように、ＡＴＣアーム２の工具把持部３に把持された治具本体のファイバセンサ５（投受光センサ）から投光される検査光７（図１参照）を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｐ１に照射する。なお、照射位置Ｐ１は、予め決定された位置であってもよいし、適当な位置であってもよい。
【００２４】
［第１走査ステップ］
次に、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｘ方向（図３における左方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、Ｘ軸に対して平行な第１直線Ｌ１上で、図３における右方向へ走査する。この場合、第１直線Ｌ１は、主軸６の工具装着部１１の開口を定義する円１３上の２点（Ｐ３及びＰ４）を通過する直線である。なお、主軸６の軸移動は、パルス送り或いは自動送りを選択することができる。
［第１記録ステップ］
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８（図１参照）の受光量が最初に急激に変化（低下）した時点の座標Ｐ３〔ｘ１，ｙ１〕と、次に急激に変化（増加）した時点の座標Ｐ４〔ｘ２，ｙ２〕とを記録する。
【００２５】
次に、主軸６を軸移動させて、図４に示されるように、ファイバセンサ５から投光される検査光７を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｑ１に照射する。なお、照射位置Ｑ１は、予め決定された位置であってもよいし、適当な位置であってもよい。
［第２走査ステップ］
次に、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｙ方向（図４における上方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、Ｙ軸に対して平行な第２直線Ｌ２上で、図４における下方向へ走査する。この場合、第２直線Ｌ２は、主軸６の工具装着部の開口を定義する円１３上の２点（Ｑ３及びＱ４）を通過する直線である。
［第２記録ステップ］
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８の受光量が最初に急激に変化（低下）した時点の座標Ｑ３〔ｘ３，ｙ４〕と、次に急激に変化（増加）した時点の座標Ｑ４〔ｘ４，ｙ４〕とを記録する。
【００２６】
［芯出しステップ］
次に、図５に示されるように、第１座標Ｐ３と第２座標Ｐ４とによって定義される線分Ｓ１の中点Ｍ１、すなわち、座標〔（ｘ１＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）／２〕、を足とするＹ軸に対して平行な第１垂線Ｖ１と、第３座標Ｑ３と第４座標Ｑ４とによって定義される線分Ｓ２の中点Ｍ２、すなわち、座標〔（ｘ３＋ｘ４）／２，（ｙ３＋ｙ４）／２〕、を足とするＸ軸に対して平行な第２垂線Ｖ２との交点Ｉを、主軸中心線が通過するように、主軸６の工具交換位置を設定（補正）することにより、自動工具交換装置のＡＴＣアーム２を主軸６に対して芯出しすることができる。
【００２７】
実施例１によれば、芯出し治具１の治具本体にファイバセンサ５（投受光センサ）を設け、治具本体をＡＴＣアーム２の工具把持部３で把持し、主軸を軸移動させて、ファイバセンサ５からＡＴＣアーム２の工具把持中心に対して同軸上で投受光される検査光で主軸６の端面６ａを走査した時の受光量の変化を機外のアンプで確認し、受光量が変化した時点の主軸６の座標に基づいて、主軸６と自動工具交換装置のＡＴＣアーム２とを芯出しするので、作業者が機内に入る作業が皆無となり、芯出し作業の作業性を向上させることができる。また、アンプの表示部の表示を読む作業は作業者によるばらつきが殆どなく、作業者に熟練が要求されないため、不慣れな作業者であっても、ＡＴＣアーム２の芯出しを効率的且つ正確に行うことができる。
また、自動工具交換装置の通常の自動工具交換動作によって芯出し治具１の治具本体をＡＴＣアーム２の工具把持部３に把持させることができるので、機内作業を排除することができる。
【実施例２】
【００２８】
まず、前述した実施例１同様、ＮＣ制御装置の工具交換指令により、自動工具交換装置のマガジンに収納された芯出し治具１の治具本体を、ＡＴＣアーム２の工具把持部３によって把持させる。
【００２９】
［照射ステップ］
次に、主軸６を軸移動させて、図６に示されるように、ＡＴＣアーム２の工具把持部３に把持された治具本体のファイバセンサ５（投受光センサ）から投光される検査光７（図１参照）を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｐ１に照射する。なお、照射位置Ｐ１は、予め決定された位置であってもよいし、適当な位置であってもよい。
【００３０】
［第１走査ステップ、第１記録ステップ］
次に、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｘ方向（図６における左方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、Ｘ軸に対して平行な第１直線Ｌ１上で、図６における右方向（第１方向）へ走査する。この場合、第１直線Ｌ１は、主軸６の工具装着部１１の開口を定義する円１３上の２点、Ｐ３（一方の点）及びＰ４（他方の点）を通過する直線である。なお、主軸６の軸移動は、パルス送り或いは自動送りを選択することができる。
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８（図１参照）の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標Ｐ３〔ｘ１，ｙ１〕を記録する。
【００３１】
次に、主軸６を軸移動させて、図６に示されるように、ファイバセンサ５から投光される検査光７を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｐ２に照射する。この状態で、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で−Ｘ方向（図６における右方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、第１直線Ｌ１上で、第１方向とは逆方向の第２方向（図６における左方向）へ向けて走査する。
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標Ｐ４〔ｘ２，ｙ２〕を記録する。
【００３２】
次に、主軸６を軸移動させて、図７に示されるように、ファイバセンサ５から投光される検査光７を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｑ１に照射する。なお、照射位置Ｑ１は、予め決定された位置であってもよいし、適当な位置であってもよい。
［第２走査ステップ、第２記録ステップ］
次に、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で＋Ｙ方向（図７における上方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、Ｙ軸に対して平行な第２直線Ｌ２上で、図７における下方向（第３方向）へ走査する。この場合、第２直線Ｌ２は、主軸６の工具装着部の開口を定義する円１３上の２点、Ｑ３（一方の点）及びＱ４（他方の点）を通過する直線である。
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標Ｑ３〔ｘ３，ｙ４〕を記録する。
【００３３】
次に、主軸６を軸移動させて、図７に示されるように、ファイバセンサ５から投光される検査光７を、主軸６の端面６ａの照射位置Ｑ２に照射する。この状態で、主軸６を主軸中心線が直交する平面上で−Ｙ方向（図７における下方向）へ軸移動させて、ファイバセンサ５から投光された検査光７を、第２直線Ｌ２上で、第３方向とは逆方向の第４方向（図７における上方向）へ走査する。
そして、アンプの表示、すなわち、ファイバセンサ５の受光部によって受光される反射光８の受光量が急激に変化（低下）した時点の座標Ｑ４〔ｘ４，ｙ４〕を記録する。
【００３４】
［芯出しステップ］
実施例２における芯出しステップは前述した実施例１における芯出しステップ（図５参照）と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００３５】
実施例２によれば、前述した実施例１と同等の効果を得ることができる。また、実施例２では、投受光センサ５による検査光７の反射光８の受光量が急激に低下した時点の各座標Ｐ３、Ｐ４、Ｑ３、Ｑ４を読み取る、換言すると、検査光７が主軸６の端面６ａ側から開口側へ走査されて開口（円１３）に到達した時点の各座標Ｐ３、Ｐ４、Ｑ３、Ｑ４を読み取るので、各座標Ｐ３、Ｐ４、Ｑ３、Ｑ４を読み取る時の条件（受光量が低下する）が同一であり、より精度が高いＡＴＣアーム２の芯出しが可能である。
【００３６】
なお、実施例２では、図６及び図７に示されるように、第１走査ステップにおける走査方向（第１方向及び第２方向）及び第２走査ステップにおける走査方向（第３方向及び第４方向）を、主軸６の端面６ａ側から開口側へ走査したが、図８及び図９に示されるように、第１走査ステップにおける走査方向（第１方向及び第２方向）及び第２走査ステップにおける走査方向（第３方向及び第４方向）を、開口側から主軸６の端面６ａ側へ走査して、投受光センサ５による検査光７の反射光８の受光量が急激に増加した時点の各座標Ｐ３、Ｐ４、Ｑ３、Ｑ４を読み取ってもよい。
【００３７】
前述した実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
本発明を横型マシニングセンタに適用した場合を説明したが、本発明を縦型マシニングセンタに適用することができる。
検査光をＸ軸及びＹ軸に対して平行な方向へ走査したが、これらの座標軸に対して斜めに走査することができる。すなわち、第１直線Ｌ１はＸ軸に対して平行な直線でなくてよく、同様に、第２直線Ｌ２はＹ軸に対して平行な直線でなくてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１ 芯出し治具、２ ＡＴＣアーム、３ 工具把持部、５ ファイバセンサ（投受光センサ）、６ 主軸、６ａ 端面、７ 検査光、８ 反射光、１３ 円（開口）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸は工具を受け入れるための工具装着部を有し、前記主軸の端面には、中心が主軸中心線上に位置する円によって定義される前記工具装着部の開口が形成される工作機械の前記主軸と自動工具交換装置のＡＴＣアームとを芯出しする方法であって、
前記ＡＴＣアームの工具把持部に、該工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に投受光センサを取り付けるステップと、
前記投受光センサから投光された検査光を前記主軸へ向けて照射する照射ステップと、
前記主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、前記検査光を、前記開口を定義する円上の２点を通過する第１直線上で走査する第１走査ステップと、
前記第１走査ステップで、前記検査光が前記開口を定義する円上の２点を通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、前記主軸の第１座標と第２座標とを記録する第１記録ステップと、
前記主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、前記検査光を、前記開口を定義する円上の２点を通過する第２直線上で走査する第２走査ステップと、
前記第２走査ステップで、前記検査光が前記開口を定義する円上の２点を通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、前記主軸の第３座標と第４座標とを記録する第２記録ステップと、
前記主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系における、前記第１座標と前記第２座標とによって定義される線分の中点を足とする第１垂線と、前記第３座標と前記第４座標とによって定義される線分の中点を足とする第２垂線との交点を、前記主軸中心線が通過するように前記主軸の工具交換位置を設定する芯出しステップと、
を含むことを特徴とする自動工具交換装置の芯出し方法。
【請求項２】
前記第１座標は、前記検査光が前記第１直線と前記開口を定義する円との２つの交点の一方の点を第１方向へ通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した時点の前記主軸の座標であり、
前記第２座標は、前記検査光が前記第１直線と前記開口を定義する円との２つの交点の他方の点を前記第１方向とは逆方向の第２方向へ通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した時点の前記主軸の座標であり、
前記第３座標は、前記検査光が前記第２直線と前記開口を定義する円との２つの交点の一方の点を第３方向へ通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した時点の前記主軸の座標であり、
前記第４座標は、前記検査光が前記第２直線と前記開口を定義する円との２つの交点の他方の点を前記第３方向とは逆方向の第４方向へ通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した時点の前記主軸の座標であることを特徴とする請求項１に記載された芯出し方法。
【請求項３】
前記投受光センサは、前記自動工具交換装置のマガジンに収容可能な芯出し治具に設けられ、前記芯出し治具は、自動工具交換装置の自動工具交換動作によって前記ＡＴＣアームの工具把持部に把持されることを特徴とする請求項１又は２に記載された芯出し方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載された自動工具交換装置の芯出し方法に使用される芯出し治具であって、
前記自動工具交換装置のＡＴＣアームの工具把持部によって把持される本体部と、
前記本体部に設けられ、前記工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に位置される投受光センサと、
前記投受光センサから投光された検査光の反射光の受光量を表示可能な表示手段と、
を含むことを特徴とする自動工具交換装置の芯出し治具。
【請求項５】
前記自動工具交換装置のマガジンに収納され、前記自動工具交換装置の自動工具交換動作によって前記ＡＴＣアームの工具把持部に把持されることを特徴とする請求項４に記載された芯出し治具。
【請求項６】
前記投受光センサはファイバセンサであることを特徴とする請求項４又は５に記載された芯出し治具。
【請求項１】
主軸は工具を受け入れるための工具装着部を有し、前記主軸の端面には、中心が主軸中心線上に位置する円によって定義される前記工具装着部の開口が形成される工作機械の前記主軸と自動工具交換装置のＡＴＣアームとを芯出しする方法であって、
前記ＡＴＣアームの工具把持部に、該工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に投受光センサを取り付けるステップと、
前記投受光センサから投光された検査光を前記主軸へ向けて照射する照射ステップと、
前記主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、前記検査光を、前記開口を定義する円上の２点を通過する第１直線上で走査する第１走査ステップと、
前記第１走査ステップで、前記検査光が前記開口を定義する円上の２点を通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、前記主軸の第１座標と第２座標とを記録する第１記録ステップと、
前記主軸を主軸中心線が直交する平面上で移動させ、前記検査光を、前記開口を定義する円上の２点を通過する第２直線上で走査する第２走査ステップと、
前記第２走査ステップで、前記検査光が前記開口を定義する円上の２点を通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した各時点の、前記主軸の第３座標と第４座標とを記録する第２記録ステップと、
前記主軸中心線が直交する平面上に設定される平面座標系における、前記第１座標と前記第２座標とによって定義される線分の中点を足とする第１垂線と、前記第３座標と前記第４座標とによって定義される線分の中点を足とする第２垂線との交点を、前記主軸中心線が通過するように前記主軸の工具交換位置を設定する芯出しステップと、
を含むことを特徴とする自動工具交換装置の芯出し方法。
【請求項２】
前記第１座標は、前記検査光が前記第１直線と前記開口を定義する円との２つの交点の一方の点を第１方向へ通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した時点の前記主軸の座標であり、
前記第２座標は、前記検査光が前記第１直線と前記開口を定義する円との２つの交点の他方の点を前記第１方向とは逆方向の第２方向へ通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した時点の前記主軸の座標であり、
前記第３座標は、前記検査光が前記第２直線と前記開口を定義する円との２つの交点の一方の点を第３方向へ通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した時点の前記主軸の座標であり、
前記第４座標は、前記検査光が前記第２直線と前記開口を定義する円との２つの交点の他方の点を前記第３方向とは逆方向の第４方向へ通過して、前記投受光センサによる前記検査光の反射光の受光量が変化した時点の前記主軸の座標であることを特徴とする請求項１に記載された芯出し方法。
【請求項３】
前記投受光センサは、前記自動工具交換装置のマガジンに収容可能な芯出し治具に設けられ、前記芯出し治具は、自動工具交換装置の自動工具交換動作によって前記ＡＴＣアームの工具把持部に把持されることを特徴とする請求項１又は２に記載された芯出し方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載された自動工具交換装置の芯出し方法に使用される芯出し治具であって、
前記自動工具交換装置のＡＴＣアームの工具把持部によって把持される本体部と、
前記本体部に設けられ、前記工具把持部の工具把持軸に対して同軸上に位置される投受光センサと、
前記投受光センサから投光された検査光の反射光の受光量を表示可能な表示手段と、
を含むことを特徴とする自動工具交換装置の芯出し治具。
【請求項５】
前記自動工具交換装置のマガジンに収納され、前記自動工具交換装置の自動工具交換動作によって前記ＡＴＣアームの工具把持部に把持されることを特徴とする請求項４に記載された芯出し治具。
【請求項６】
前記投受光センサはファイバセンサであることを特徴とする請求項４又は５に記載された芯出し治具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４６９４５（Ｐ２０１３−４６９４５Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５９９６（Ｐ２０１１−１８５９９６）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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