JPH05277901A - ３次元加工機におけるワ−クの高さ検出機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ワ−クに対するツ−ルの高さを、ツ−ルを実
際にワ−クに当接させることなく簡単に検出する。 【構成】 ツール４６をもつスピンドル３２を支承する
昇降ヘッド２８にピックアップ５４を昇降自在に支承
し、ツ−ル４６の先端の近傍下方に配置する。ピックア
ップ５４の相対的昇降はセンサによって検出する。ワ−
ク加工前に、予め、ピックアップ５４の下端とツ−ル４
６の先端との間のオフセット距離Ｄを測定し、コントロ
−ラにメモリしておく。ヘッド２８を下降して、ピック
アップ５４がワ−クに当接すると、この当接位置は、セ
ンサによって検出され、これと距離Ｄとよりツ−ル４６
先端のワ−ク２に対する高さが検出される。ワ−ク加工
時は、ピックアップ５４はピックアップ収納体８０に収
納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は３次元加工機におけるワ
−クの高さ検出機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】此種の３次元加工機においては、ヘッド
に回転駆動装置に連結したスピンドルを設け、このスピ
ンドルにツ−ルを装着し、ヘッドを下降させて、ツ−ル
を一度ワ−クに当接させ、この当接位置によって、ワ−
クの高さを検出していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】上記従来の高さ検出
機構によると、ツ−ルをワ−クに接触させるとき、ワ−
クに傷が付く恐れが合った。本発明は上記欠陥を除去す
ることを目的とする。

【０００４】

【問題点を解決する手段】上記目的を達成するため、本
発明は、ベース（４）面に対してＸＹ軸方向に移動自在
な移動体（６）と、該移動体（６）に昇降自在に支持さ
れたヘッド（２８）と、該ヘッド（２８）に回転自在に
支承されたスピンドル（３２）と、該スピンドル（３
２）に脱着可能に取り付けられるツ−ル（４６）と、前
記ヘッド（２８）に昇降自在に支持され最下降係止位置
において下端部が前記ツ−ル（４６）の先端より所定距
離下方に突出するピックアップ（５４）と、前記ピック
アップ（５４）の前記ヘッド（２８）に対する相対的変
位を検出するセンサ（７０）と、前記ピックアップ（５
４）を前記ヘッド（２８）に対して取り付け取り外し自
在とするピックアップ脱着機構とを備えたものである。

【０００５】

【作用】ピックアップ（５４）の下端とツ−ル（４６）
先端との間のオフセット距離Ｄを予め測定しておく。ワ
−ク加工時、ヘッド（２８）を下降し、ピックアップ
（５４）の下端をワ−ク（２）に当接させ、ピックアッ
プ（５４）のヘッド（２８）に対する変位を検出すれ
ば、このピックアップ（５４）の変位検出位置からツ−
ル（４６）のワ−ク（２）に対する高さを、検出するこ
とができる。ワ−ク加工中は、ピックアップ（５４）を
ヘッド（２８）から取り外し、ピックアップ（５４）が
ワ−クの表面に当接しないようにすることができる。

【０００６】

【実施例】以下に本発明の構成を添付図面に示す実施例
を参照して詳細に説明する。図４は３次元加工機を示
し、ワ−ク（２）を載置位置決めする作業板（１）が固
設されたベース（４）を備えている。（６）は移動体で
あり、前記ベース（４）に対して平行な平面内で所望の
Ｘ−Ｙ軸方向に並進移動可能にＸＹガイド機構によって
支持されている。前記ＸＹガイド機構は、ベース（４）
に固設されたＹ軸レ−ル（８），（１０）と、これに沿
って移動自在なカ−ソル（１２），（１４）に架設され
た、Ｘ軸レール（１６）とから構成され、該Ｘ軸レール
（１６）は一対の互いに平行なレ−ル軸（１６ａ），
（１６ｂ）と、これらのレール軸（１６ａ），（１６
ｂ）を覆う長尺状尺上のカバーレール（１６ｃ）とから
構成されている。前記移動体（６）は、前記Ｘ軸レ−ル
（１６）に移動可能に連結している。

【０００７】前記カーソル（１２），（１４）及び、移
動体（６）は、コントロ−ラによって制御される駆動装
置に連係している。前記移動体（６）には、後部カ−ソ
ル（１８）と、一対のヘッド支持カ−ソル（２０），
（２２）が、前記Ｘ軸レ−ル（１６）の両側に位置し
て、一体的に固設されている。前記ヘッド支持カ−ソル
（２０），（２２）に穿設されたガイド穴には、図２に
示すように垂直方向にスライド軸（２４），（２６）が
スライド自在に嵌挿されている。前記スライド軸（２
４），（２６）の上端には、ヘッド（２８）の上板部
（２８ａ）が固定され、前記スライド軸（２４），（２
６）の下端にはヘッド（２８）の底板部（２８ｂ）が固
定されている。

【０００８】前記ヘッド（２８）は、スライド軸（２
４），（２６）を介して前記一対のヘッド支持カ−ソル
（２０），（２２）に所定ストロ−クの範囲内で昇降自
在に支持されている。前記ヘッド（２８）の前方壁に
は、菅状のスピンドルホルダ−（３０）が固設され、該
ホルダ−（３０）に菅状のスピンドル（３２）がボ−ル
ベアリングを介して、軸方向にずれないように回転自在
に嵌挿配置されている。

【０００９】前記スピンドル（３２）の上部にベルトプ
−リ（３８）が固設されている。前記スピンドル(３
２）の上部にベルトプーリ（３８）が固定されている。
前記後部カ−ソル（１８）にモ−タ（図示省略）が固設
され、該モ−タの出力軸に固着された駆動用プ−リ（４
０）と前記プ−リ（３８）との間に無端状の駆動ベルト
（４２）が掛け渡されている。

【００１０】前記スピンドル（３２）の下部には、コレ
ットチャック（４４）が配設され、このコレットチャッ
ク（４４）によって、前記スピンドル（３２）内に嵌挿
配置されたツール（４６）がスピンドル（３２）に脱着
可能に固定されている。前記ヘッド（２８）には、スク
リュー軸（４８）が垂直方向に架設され、該スクリュー
軸４８はヘッド２８に回転自在に支持されている。この
スクリュー軸（４８）に、ヘッド支持カーソル（２２）
に固設された板ナット（５０）が螺合している。

【００１１】前記スクリュー軸（４８）は、ヘッド（２
８）の上板部（２８ａ）に固設されたヘッド昇降用モー
タ（５２）の出力軸に連結している。前記モータ（５
２）の駆動によって、前記スクリュー軸（４８）が正逆
回転すると、前記ヘッド（２８）は、所定のストローク
の範囲内で、ベース４面に対して垂直な方向に上下動す
る。前記ヘッド（２８）の昇降運動は、公知のエンコ−
ダによって、パルス信号に変換され、コントロ−ラにフ
ィ−ドバックされるように構成されている。前記コント
ロ−ラは、前記エンコ−ダの出力パルス信号をパルスカ
ウンタ−によってカウントすることによって、ヘッド
（２８）のカーソル（２０），（２２）に対する基準位
置（カウントクリア位置）からの昇降量を測定認識す
る。

【００１２】（５４）は環状の導電体から成るピックア
ップであり、ア−ム（５６）に固定されている。前記ピ
ックアップ（５４）に前記ツール４６が遊嵌配置されて
いる。前記ア−ム（５６）は、ブロック（５８）に固定
され、該ブロック（５８）に、２本のスライド軸（６
２），（６４）が固定されている。前記ア−ム（５６）
は直方体状のピックアップ支持ブロック（５８ａ）に固
定され、該ブロック（５８ａ）に一対の位置決めピン
（８４），（８５）が突設されている。前記ブロック
（５８ａ）の上面には、マグネット（８６）が固着され
ている。前記スライド軸（６２），（６４）は、ヘッド
（２８）の底板部（２８ｂ）に形成されたガイド穴に、
ベース（４）面に対して垂直な方向にスライド自在に嵌
挿されている。前記スライド軸（６２），（６４）の上
部に固定された取付部材（６６）に、スリット板（６
８）が固定され、該スリット板（６８）は、前記ヘッド
（２８）の側板に固定されたセンサ（７０）の読取凹部
に遊嵌している。

【００１３】前記スリット板（６８）とセンサ（７０）
とは、リニアエンコ−ダを構成し、センサ（７０）の出
力端は、コントローラに接続している。前記コントロー
ラは、前記センサの出力パルスをカウントするパルスカ
ウンタを有している。ピックアップ（５４）の下端がツ
−ル（４６）の下端に対して、距離Ｄ下降している状態
において、取付部材（６６）に突設されたストッパー７
２の下端が、ヘッド底板部（２８ｂ）の上面に係止され
ている。前記スライド軸（６２），（６４）は、これに
嵌挿されたコイルばねから成る復帰ばねによって下降方
向に付勢されている。

【００１４】前記スライド軸（６２），（６４）の下端
にはピックアップ取付ブロック（５８ｂ）が固定され、
これの下面にＹ軸レ−ル（８），（１０）と平行な方向
に長穴（８２），（８３）が形成されている。前記ブロ
ック（５８ｂ），（５８ａ）は磁気力によって接着さ
れ、該接着状態において、位置決めピン（８４），（８
５）は長穴（８２），（８３）に嵌入している。

【００１５】（７８）は、前記ベース（４）の絶縁体平
面上に載置固定されたワーク検出センサであり、図２に
示すように、これに電圧が印加されている。前記ワーク
検出センサ（７８）にツ−ル（４６）などの導電体が触
れ、該センサ（７８）が導電体を通じてア−スされる
と、物体検出信号をライン（Ｌ）からコントロ−ラに出
力するように構成されている。

【００１６】（８０）は、ピックアップ収納体であり、
前記ベ−ス（４）のワ−ク加工エリア外に固設されてい
る。前記ピックアップ収納体（８０）には、ブロック収
納凹部（８０ｄ）が設けられ、該凹部（８０ｄ）のＸ軸
上の両側には、立ち上がり部（８０ｂ），（８０ａ）が
形成されている。前記立ち上がり部（８０ｂ），（８０
ａ）のうち、少なくともベ−ス（４）の中央部側の立ち
上がり部（８０ｂ）は、凹部（８０ｄ）の底面からのＺ
軸方向の高さが、前記ピックアップ支持ブロック（５８
ａ）のＺ軸方向の高さよりも低く設定されている。

【００１７】前記３次元加工機の操作パネルには、前記
移動体（６）のＸＹ軸方向の駆動装置、ヘッド（２８）
の昇降用駆動モ−タ（５２）及び駆動用プ−リ（４０）
の駆動モ−タを制御する手操作用のスイッチが設けられ
ている。

【００１８】次に本実施例の作用について説明する。ま
ず、ピックアップ（５４）の下端とこれより上方に位置
するツ−ル（４６）の下端との間の距離Ｄを測定する動
作について説明する。コントローラを、オフセット測定
モードに設定すると、コントローラは、ヘッド（２８）
をワーク検出センサー（７８）に向けて移動し、スピン
ドル（３２）をワ−ク検出センサ（７８）の上方に移動
する。該位置で、コントローラは、ヘッド（２８）を下
降する。

【００１９】ピックアップ（５４）がワ−ク検出センサ
（７８）に当接すると、スライド軸（６２），（６４）
は、復帰ばねの弾力に抗して、ヘッド（２８）に対して
相対的に上昇する。この上昇をセンサ（７０）が検出
し、パルス信号をコントロ−ラへ出力する。コントロ−
ラは、このパルスをカウントし、ツ−ル（４６）の先端
がワ−ク検出センサ（７８）に当接したところで、これ
をワーク検出センサ７８からの信号により検出し、コン
トロ−ラは、ヘッド（２８）の下降を停止する。

【００２０】コントロ−ラは、このヘッド（２８）のピ
ックアップ（５４）がセンサ（７８）の上面に当接した
位置から、ツール（４６）の先端がセンサ（７８）の上
面に当接するまでの下降量Ｄを距離Ｄとして、記憶装置
にメモリする。次に実際に加工する、テ−ブル（４）上
のワ−ク（２）に対するツ−ル（４６）のＺ軸上の原点
を検出する動作について説明する。

【００２１】オペレータは、パネルの手操作スイッチを
操作して、ヘッド（２８）を所定位置まで上昇させた状
態で、ワ−ク（２）の上方にツ−ル（４６）を移動す
る。次にコントローラをＺ軸原点検出モードとする。こ
れにより、コントローラは、ワ−ク（２）上の所定の上
昇位置から、ヘッド（２８）を下降させる。このヘッド
２８の下降量は、コントローラのパルスカウンターにカ
ウントされる。ヘッド（２８）が下降すると、まずピッ
クアップ（５４）がワ−ク（２）に当接する。コントロ
ーラは、この当接位置をセンサ（７８）からの出力によ
り検出し、この当接位置までのヘッド（２８）の下降量
に前記距離Ｄを加算した値に相当する位置をヘッド（２
８）のＺ軸上の原点とする。

【００２２】即ち、ヘッド（２８）を所定の上昇位置か
ら前記原点まで下降すると、ツール（４６）の下端が丁
度ワーク（２）の表面と同一高さとなる。次に、コント
ローラは、ヘッド（２８）を上昇させるとともに、ヘッ
ド（２８）をベース（４）に対して水平方向に移動し
て、図（４）Ｃに示すように支持ブロック（５８ａ）を
ピックアップ収納体（８０）の上方に移動させ、該位置
でヘッド（２８）を下降して、支持ブロック（５８ａ）
を図（４）Ｂに示すように凹部（８０ｄ）に挿入する。

【００２３】次に、ヘッド（２８）をＸ軸レ−ル（１
６）に沿ってベ−ス（４）の中央方向に移動すると、図
（４）Ｄに示すように、ピックアップ支持ブロック（５
８ａ）は、マグネット（８６）の磁気力に抗して取付ブ
ロック（５８ｂ）から外れ、支持ブロック（５８ａ）
は、ピックアップ収納体（８０）の凹部（８０ｄ）に収
納された状態を保持する。ピックアップ取付ブロック
（５８ｂ）に、支持ブロック（５８ａ）を固着する場合
には、ヘッド（２８）を移動して取付ブロック（５８
ｂ）をピックアップ収納体（８０）の上方に移動させ
（図４Ａ）、ヘッド（２８）を下降して取り付けブロッ
ク（５８ｂ）の長穴（８２），（８３）に位置決めピン
（８４），（８６）を挿入させ該状態でブロック（５８
ｂ）をブロック（５８ａ）に磁気力によって接着する
（図４Ｂ）。次に、ヘッド（２８）を上昇して、ピック
アップ支持ブロック（５８ａ）をピックアップ収納体
（８０）から引き上げる。

【００２４】尚、図６に示すように、ベ−ス（４）にワ
−ク加工エリア外に位置してピックアップ収納体（９
０）を立設し、この収納体（９０）の上面に位置決めガ
イド（９２）とソレノイド（９４）とを配設し、ピック
アップ支持ブロック（９８ａ）を、位置決めガイド（９
２）とソレノイド（９４）の出力軸に固定した押圧部材
（９６）との間に配置できるようにして、ピックアップ
脱着機構を構成しても良い。上記した構成において、ピ
ックアップ収納体（９０）上の支持ブロック（９８ａ）
は、ソレノイド（９４）に通電がなされると、位置決め
ガイド（９２）と押圧部材（９６）とで挟圧されて、支
持ブロック（９８ａ）は、ピックアップ収納体（９０）
の上面に固定され、ソレノイド（９４）への通電が解除
されると、支持ブロック（９８ａ）の固定は解除され
る。

【００２５】この構成において、ピックアップ取付ブロ
ック（９８ｂ）に対するピックアップ支持ブロック（９
８ａ）の取り付け取外しは、ヘッド（２８）のＺ軸上の
上下動によって行われる。図中、（１０４）はマグネッ
ト、（１００）は位置決めピン、（１０２）は位置決め
穴である。尚、上記実施例はいづれも、コントロ−ラの
制御によって、ピックアップ（５４）のヘッド（２８）
に対する脱着を自動的に行うものであるが、オペレ−タ
が手操作で、ピックアップ（５４）の脱着を行うように
しても良い。

【００２６】

【効果】本発明は、上述の如く構成したので、ワークの
高さ検出をワークを傷つけることなく迅速に行なうこと
が出来、しかも、ツ−ル加工の作業はピックアップを取
り外して行うことができるので、ピックアップによる死
角がなくなり、ツ−ルの加工状態が見やすくなる。ま
た、ピックアップワ−ク表面を汚したり、傷を付けるこ
とがない。また、ピックアップの摩耗を防ぐことができ
るため、ピックアップによる検出誤差を防ぐことができ
る等の効果が存する。

【図面の簡単な説明】

【図１】外観図である。

【図２】外観図である。

【図３】外観図である。

【図４】動作説明図である。

【図５】３次元加工機の全体平面図である。

【図６】動作説明図である。

【符号の説明】

１ 作業板 ２ ワ−ク ４ ベース ６ 移動体 ８ Ｙ軸レール １０ Ｙ軸レ−ル １２ カーソル １４ カ−ソル １６ Ｘ軸レール １８ 後部カ−ソル ２０ ヘッド支持カ−ソル ２２ ヘッド支持カ−ソル ２４ スライド軸 ２６ スライド軸 ２８ ヘッド ３０ スピンドルホルダ− ３２ スピンドル ３４ ロックアーム ３６ ブラケット ３７ ブラケット ３８ ベルトプ−リ ４０ 駆動用プ−リ ４２ 駆動ベルト ４４ コレットチャック ４６ ツ−ル ４８ スクリュ−軸 ５０ 板ナット ５２ ヘッド昇降用モ−タ ５４ ピックアップ ５６ ア−ム ５８ ブロック ６０ モ−ル ６２ スライド軸 ６４ スライド軸 ６６ 取付部材 ６８ スリット板 ７０ センサ ７２ ストッパ− ７８ ワ−ク検出センサ ８０ ピックアップ収納体 ９０ ピックアップ収納体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース（４）面に対してＸＹ軸方向に移
   動自在な移動体（６）と、該移動体（６）に昇降自在に
   支持されたヘッド（２８）と、該ヘッド（２８）に回転
   自在に支承されたスピンドル（３２）と、該スピンドル
   （３２）に脱着可能に取り付けられるツ−ル（４６）
   と、前記ヘッド（２８）に昇降自在に支持され最下降係
   止位置において下端部が前記ツ−ル（４６）の先端より
   所定距離下方に突出するピックアップ（５４）と、前記
   ピックアップ（５４）の前記ヘッド（２８）に対する相
   対的変位を検出するセンサ（７０）と、前記ピックアッ
   プ（５４）を前記ヘッド（２８）に対して取り付け取り
   外し自在とするピックアップ脱着機構とを備えた３次元
   加工機におけるワ−クの高さ検出機構。