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JP6628899B2 - Work thickness measuring device and machine tool - Google Patents
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JP6628899B2 - Work thickness measuring device and machine tool - Google Patents

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Description

本発明は、工作機械の機上にてワークの厚さを測定する超音波式のワーク厚さ測定装置および該ワーク厚さ測定装置を備えた工作機械に関する。   The present invention relates to an ultrasonic work thickness measuring device for measuring the thickness of a work on a machine tool, and a machine tool provided with the work thickness measuring device.

特許文献1には、工作機械の主軸に取付けられるテーパーシャンクと、このテーパーシャンクに設けられ、その先端の超音波プローブをワークの表面に接触させながら超音波を発信し、その反響音波を検知してワークの厚さを計測し、その計測データを制御部に無線送信する超音波板厚計測部とを具備し、主軸に設けられた主軸噴射ノズルと、超音波板厚計測装置に設けられた測定噴射ノズルとからクーラントを噴射して、厚さ計測時に超音波プローブとワークの表面との間における接触状態を向上させた超音波板厚計測装置が開示されている。   Patent Literature 1 discloses a tapered shank attached to a main shaft of a machine tool and an ultrasonic probe provided on the tapered shank, which emits an ultrasonic wave while making an ultrasonic probe at the tip thereof come into contact with the surface of the work, and detects the echo sound wave. An ultrasonic plate thickness measurement unit that wirelessly transmits the measurement data to the control unit by measuring the thickness of the work, and a main spindle injection nozzle provided on the main shaft and an ultrasonic plate thickness measurement device. An ultrasonic plate thickness measuring device in which a coolant is injected from a measurement injection nozzle to improve a contact state between an ultrasonic probe and a surface of a work at the time of thickness measurement is disclosed.

WO2016/056499WO2016 / 056499

特許文献1の超音波板厚計測装置では、接触媒質としてワークを切削加工する際に供給されるクーラントを用いているが、通常クーラントは粘性が低いので、ワークの測定部位の表面が傾斜面や鉛直面である場合に、ワークの表面に適用されたクーラントが沿って流下して、超音波によるワーク厚さ測定に必要な量のクーラントがワークの表面に残留できない問題がある。   In the ultrasonic plate thickness measuring device of Patent Document 1, a coolant supplied when cutting a work is used as a couplant, but usually the coolant has low viscosity, so that the surface of the measurement site of the work has an inclined surface or In the case of a vertical surface, there is a problem that the coolant applied to the surface of the work flows down and the amount of coolant required for measuring the work thickness by the ultrasonic wave cannot remain on the work surface.

また、特許文献1の超音波板厚計測装置は、主軸を軸方向に貫通させてクーラントを加工領域に供給する、いわゆるスルースピンドル方式のクーラント供給装置を備えた工作機械にのみ適用可能であって、その汎用性が低い問題がある。   Further, the ultrasonic plate thickness measuring device of Patent Document 1 is applicable only to a machine tool provided with a so-called through-spindle type coolant supply device in which a spindle is penetrated in an axial direction and coolant is supplied to a processing area. However, there is a problem that its versatility is low.

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、ワークの測定部位の表面に粘性の比較的高いゲル状の接触媒質を塗布することができ、また、既存の工作機械に容易に適用可能なワーク厚さ測定装置および該ワーク厚さ測定装置を備えた工作機械を提供することを目的としている。   The present invention has a technical problem to solve the problems of the prior art, and can apply a relatively high-viscosity gel-like couplant to the surface of a measurement site of a work, and can also be applied to an existing machine tool. It is an object of the present invention to provide a work thickness measuring device which can be easily applied and a machine tool provided with the work thickness measuring device.

上述の目的を達成するために、本発明によれば、主軸とワークとを相対移動させる少なくともX軸、Y軸、Z軸の直交3軸の送り装置を備えた工作機械において、空圧源と、前記空圧源に連通し、前記主軸を貫通して延びるスピンドルエア管路と、前記主軸の工具装着部に着脱可能なワーク厚さ測定装置とを具備し、
前記ワーク厚さ測定装置が、前記主軸の先端部に装着したときに、該主軸に対面する基端側壁および該基端側壁の反対側に設けられワークに対面可能な先端側壁を有した測定装置本体と、前記基端側壁から突出し、前記主軸の先端部に着脱可能なシャンク部と、ワークの表面に接触可能に前記測定装置本体の先端側壁に設けられ超音波を送受信する測定子と、前記測定装置本体に設けられ、前記ワークの表面に前記測定子を接触させた状態で前記測定子によって超音波を送受信し、超音波の送信時と受信時の時間差から前記ワークの厚さを演算により求め、測定データを外部に無線送信する制御部と、前記測定装置本体に設けられ、前記測定子とワーク表面との間に塗布するゲル状の接触媒質を貯留する媒質タンクと、前記測定装置本体が前記主軸に装着されている間、前記スピンドルエア管路から受け入れた空圧を利用して、一定量の接触媒質をワーク表面に吐出する定量供給器とを具備する工作機械が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a machine tool provided with at least an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis orthogonal three-axis feeder for relatively moving a spindle and a workpiece, a pneumatic source and A spindle air conduit communicating with the pneumatic source and extending through the spindle, and a work thickness measuring device detachable from a tool mounting portion of the spindle,
When the work thickness measuring device is mounted on the distal end of the spindle, a measuring device having a proximal side wall facing the main shaft and a distal side wall provided on the opposite side of the proximal side wall and capable of facing the workpiece. A main body, a shank protruding from the base end wall and detachably attached to a tip end of the spindle, and a tracing stylus provided on the tip end side wall of the measuring device main body for transmitting and receiving ultrasonic waves so as to be able to contact a surface of a work; Provided in the measuring device main body, transmits and receives ultrasonic waves by the tracing stylus in a state where the tracing stylus is in contact with the surface of the work, and calculates the thickness of the work from the time difference between when transmitting and receiving the ultrasonic wave. A control unit for wirelessly transmitting the measured and measured data to the outside, a medium tank provided on the measuring device main body and storing a gel-like couplant applied between the tracing stylus and the work surface; and the measuring device main body. Before While being attached to the spindle, by using the air pressure received from the spindle air pipeline, the machine tool comprising a metering device for discharging a certain amount of couplant to the work surface is provided.

更に、本発明によれば、主軸とワークとを相対移動させる少なくともX軸、Y軸、Z軸の直交3軸の送り装置を備えた工作機械の機上でワーク表面に接触し、超音波の送信時と受信時の時間差からワークの厚さを測定するワーク厚さ測定装置において、前記主軸の先端部に装着したときに、該主軸に対面する基端側壁および該基端側壁の反対側に設けられワークに対面可能な先端側壁を有した測定装置本体と、前記基端側壁から突出し、前記主軸の先端部に着脱可能なシャンク部と、ワークの表面に接触可能に前記測定装置本体の先端側壁に設けられ超音波を送受信する測定子と、前記測定装置本体に設けられ、前記ワークの表面に前記測定子を接触させた状態で前記測定子によって超音波を送受信し、超音波の送信時と受信時の時間差から前記ワークの厚さを演算により求め、測定データを外部に無線送信する制御部と、前記測定装置本体に設けられ、前記測定子とワーク表面との間に塗布するゲル状の接触媒質を貯留する媒質タンクと、前記測定装置本体が前記主軸に装着されている間、前記工作機械の空圧源に連通し前記主軸を貫通して延びるスピンドルエア管路から受け入れた空圧を利用して、一定量の接触媒質をワーク表面に吐出する定量供給器とを具備するワーク厚さ測定装置が提供される。   Further, according to the present invention, the surface of the workpiece is contacted with the workpiece surface on a machine tool provided with at least a three-axis feed device orthogonal to the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis for relatively moving the spindle and the workpiece, and In a work thickness measuring device that measures the thickness of a work from a time difference between a time of transmission and a time of reception, when attached to the distal end of the main shaft, a base side wall facing the main shaft and an opposite side of the base side wall. A measuring device main body having a distal end side wall provided to face the work, a shank portion protruding from the base end side wall and detachable from a distal end portion of the main spindle, and a distal end of the measuring device main body so as to be able to contact a surface of the work. A probe provided on the side wall for transmitting and receiving ultrasonic waves, and a probe provided on the measuring device main body, which transmits and receives ultrasonic waves by the probe while the probe is in contact with the surface of the workpiece, and transmits ultrasonic waves. And the time difference when receiving A controller for calculating the thickness of the workpiece by calculation and wirelessly transmitting measurement data to the outside, and a gel-like couplant to be applied between the tracing stylus and the workpiece surface, which is provided in the measuring device main body, is stored. While the medium tank and the main body of the measuring device are mounted on the main shaft, the medium is kept constant by utilizing the pneumatic pressure received from a spindle air line which communicates with the pneumatic source of the machine tool and extends through the main shaft. A metering device for discharging a quantity of couplant onto the surface of the workpiece.

本発明によれば、定量供給器によって、工作機械のスピンドルエアを利用して所定量のゲル状の接触媒質がワークへ向けて吐出され、確実に測定部位に塗布される。更に、本発明によれば、ワーク厚さ測定装置が、主軸の先端部に装着可能なシャンク部を有しているので、容易に種々の工作機械に、また既存の工作機械に装着することが可能である。   According to the present invention, a predetermined amount of the gel-like couplant is discharged toward the workpiece by the fixed-quantity supply device using the spindle air of the machine tool, and is reliably applied to the measurement site. Furthermore, according to the present invention, since the work thickness measuring device has a shank portion that can be attached to the tip of the spindle, it can be easily attached to various machine tools and to existing machine tools. It is possible.

本発明による工作機械の一例を示す略図である。1 is a schematic diagram illustrating an example of a machine tool according to the present invention. 本発明の好ましい実施形態によるワーク厚さ測定装置の略図である。1 is a schematic view of a work thickness measuring device according to a preferred embodiment of the present invention. 本発明のワーク厚さ測定装置を用いたワークの厚さ測定方法を説明するフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a method for measuring a work thickness using the work thickness measuring device of the present invention.

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
図1は、本発明の好ましい実施形態による工作機械の略図である。工作機械100は、主軸114および該主軸114を回転軸線Oを中心として回転可能に支持するハウジング112を有した主軸装置110と、主軸装置110の前方で、ベッドの案内面120に沿って、Z軸方向(図1では左右方向)に往復動可能に設けられたテーブル122とを具備している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of a machine tool according to a preferred embodiment of the present invention. The machine tool 100 includes a spindle device 110 having a spindle 114 and a housing 112 for supporting the spindle 114 rotatably about a rotation axis O, and a Z-axis extending along a guide surface 120 of the bed in front of the spindle device 110. The table 122 is provided so as to be able to reciprocate in the axial direction (the left-right direction in FIG. 1).

工作機械100は、更に、主軸装置110をX軸方向(図1の紙面に垂直な方向)およびY軸方向(図1では上下方向)に送るためのX軸送り装置(図示せず)およびY軸送り装置(図示せず)、並びに、テーブル122を回転主軸Oに対して平行なZ軸方向に送るためのZ軸送り装置(図示せず)を具備している。X軸送り装置、Y軸送り装置、および、Z軸送り装置は、X軸、Y軸およびZ軸方向に延設されたボールねじ(図示せず)、および、X軸、Y軸およびZ軸の各ボールねじを駆動するサーボモータ(図示せず)を具備することができる。   The machine tool 100 further includes an X-axis feeder (not shown) for feeding the spindle device 110 in the X-axis direction (a direction perpendicular to the plane of FIG. 1) and the Y-axis direction (the vertical direction in FIG. 1), and Y An axis feeder (not shown) and a Z-axis feeder (not shown) for feeding the table 122 in the Z-axis direction parallel to the main spindle O are provided. The X-axis feeder, the Y-axis feeder, and the Z-axis feeder include a ball screw (not shown) extending in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and an X-axis, Y-axis, and Z-axis. And a servomotor (not shown) for driving each of the ball screws.

本実施形態では、テーブル122の上面には、Y軸に平行な軸線を中心としてB軸方向に回転送り可能な回転テーブル124が設けられている。加工すべきワークWは、回転テーブル124の上面に取付けられたイケール126を介して主軸114の先端に対面するように固定される。本実施形態において、イケール126は両面イケールであって、ワークWを取付けるワーク取付面126a、126bを有している。   In the present embodiment, on the upper surface of the table 122, there is provided a rotary table 124 that can be rotationally fed in the B-axis direction about an axis parallel to the Y-axis. The work W to be processed is fixed so as to face the tip of the main shaft 114 via a scale 126 attached to the upper surface of the turntable 124. In the present embodiment, the scale 126 is a double-sided scale and has work mounting surfaces 126a and 126b on which the work W is mounted.

X軸、Y軸およびZ軸の各送り装置を駆動するサーボモータおよび回転テーブル124をB軸方向に駆動するサーボモータ(図示せず)は、工作機械100の制御装置(NC装置)140に接続されており、該制御装置140によって、X軸、Y軸、Z軸およびB軸の各サーボモータが制御される。制御装置140は、工作機械100の操作盤内に収納することができ、該操作盤には、工作機械100の動作状況、制御装置140に送出される加工プログラム、工作機械100を操作するための各種パラメータをオペレータが入力する入力画面を表示するディスプレイ142を有している。   A servo motor (not shown) that drives each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis feeders and a servo motor (not shown) that drives the rotary table 124 in the B-axis direction are connected to a control device (NC device) 140 of the machine tool 100. The control device 140 controls each of the X-axis, Y-axis, Z-axis, and B-axis servomotors. The control device 140 can be housed in an operation panel of the machine tool 100. The operation panel includes an operation state of the machine tool 100, a machining program sent to the control device 140, and a control device for operating the machine tool 100. It has a display 142 for displaying an input screen for inputting various parameters by an operator.

主軸114の先端部には工具(図示せず)を取付けるための工具取付穴114aが形成されており、該工具取付穴114aに工具を装着した工具ホルダ(図示せず)のシャンク部を導入することによって、工具が主軸114の先端に取付けられる。工具を主軸114の先端部に着脱するために、例えば自動工具交換装置130を用いることができる。自動工具交換装置130もまた制御装置140によって制御することができる。   A tool mounting hole 114a for mounting a tool (not shown) is formed at the tip of the main shaft 114, and a shank portion of a tool holder (not shown) having a tool mounted therein is introduced into the tool mounting hole 114a. Thereby, the tool is attached to the tip of the main shaft 114. In order to attach and detach a tool to and from the tip of the spindle 114, for example, an automatic tool changer 130 can be used. The automatic tool changer 130 can also be controlled by the controller 140.

主軸114は、また軸線Oに沿って延びるスピンドルエア管路114bを備えることができる。スピンドルエア管路114bは、外部空圧管路106を介して空圧源102に接続されている。外部空圧管路106には、空圧制御弁としてソレノイド式の遮断弁106aが配設されている。   The main shaft 114 may also include a spindle air line 114b extending along the axis O. The spindle air line 114b is connected to the air pressure source 102 via the external air line 106. In the external pneumatic line 106, a solenoid type shutoff valve 106a is provided as an air pressure control valve.

遮断弁106aは、スピンドルエア管路114bが空圧源102から遮断されるとともに外気に解放される第1の位置(図2参照)と、スピンドルエア管路114bが空圧源102に連通する第2の位置との間で動作可能となっている。遮断弁106aには、第1の位置において、スピンドルエア管路114bからの排気騒音を低減するマフラ106bを配設することができる。遮断弁106aのソレノイドは制御装置140に接続されており、該制御装置140によって遮断弁106aの動作が制御される。   The shutoff valve 106a has a first position (see FIG. 2) in which the spindle air line 114b is cut off from the air pressure source 102 and is released to the outside air, and a second position in which the spindle air line 114b communicates with the air pressure source 102. 2 can be operated. At the first position, the shutoff valve 106a can be provided with a muffler 106b that reduces exhaust noise from the spindle air line 114b. The solenoid of the shut-off valve 106a is connected to the control device 140, and the control device 140 controls the operation of the shut-off valve 106a.

空圧源102は、工作機械100が設置される工場のサービスエアとすることができる。しかしながら、空圧源102は、例えばサービスエアとは別設されたコンプレッサ(図示せず)およびタンク(図示せず)、更にはドライヤ(図示せず)等を備えた空圧源としてもよい。   The pneumatic source 102 can be service air of a factory where the machine tool 100 is installed. However, the pneumatic source 102 may be, for example, a pneumatic source provided with a compressor (not shown) and a tank (not shown) provided separately from the service air, and further with a dryer (not shown).

主軸装置110のハウジング112にはクーラント通路112aが形成されており、該クーラント通路112aは、クーラント管路108を介して外部のクーラント源104に接続されている。クーラント通路112aは、ハウジング112の端部に設けられた受け部材116を貫通して延びている。クーラント通路112aは、好ましくは、ハウジング112の側壁を貫通させて形成されるが、ハウジング112の内部または外部に延設された管路またはホースによって形成してもよい。   A coolant passage 112a is formed in a housing 112 of the spindle device 110, and the coolant passage 112a is connected to an external coolant source 104 via a coolant pipe 108. The coolant passage 112a extends through a receiving member 116 provided at an end of the housing 112. The coolant passage 112a is preferably formed by penetrating the side wall of the housing 112, but may be formed by a pipe or a hose extending inside or outside the housing 112.

クーラント源104は、例えばクーラントを貯留するタンク(図示せず)と、該タンクからクーラント管路108へクーラントを送り出すポンプ(図示せず)とを具備することができる。クーラント管路108には、クーラント制御弁としてソレノイド式の遮断弁108aが配設されている。遮断弁108aは、クーラント通路112aをクーラント源104から遮断する第1の位置(図2参照)と、クーラント通路112aをクーラント源104に連通させる第2の位置との間で動作可能となっている。遮断弁108aのソレノイドは制御装置140に接続されており、該制御装置140によって遮断弁108aの動作が制御される。   The coolant source 104 may include, for example, a tank (not shown) for storing coolant, and a pump (not shown) for sending coolant from the tank to the coolant line 108. The coolant line 108 is provided with a solenoid type shutoff valve 108a as a coolant control valve. The shutoff valve 108a is operable between a first position (see FIG. 2) for shutting off the coolant passage 112a from the coolant source 104 and a second position for communicating the coolant passage 112a with the coolant source 104. . The solenoid of the shut-off valve 108a is connected to the control device 140, and the control device 140 controls the operation of the shut-off valve 108a.

主軸装置110のハウジング112には、また、後述するワーク厚さ測定装置10の送受信部36と通信する送受信装置80を取付けることができる。送受信装置80は制御装置140に接続されている。更に、ハウジング112には、後述する、受け部材116が取付けられている。   A transmitting / receiving device 80 that communicates with the transmitting / receiving unit 36 of the work thickness measuring device 10 described below can be attached to the housing 112 of the spindle device 110. The transmission / reception device 80 is connected to the control device 140. Further, a receiving member 116, which will be described later, is attached to the housing 112.

本実施形態において、ワーク厚さ測定装置10は主軸114の先端部に装着される。ワーク厚さ測定装置10は中空状の本体12を具備し、該本体12は、主軸114の先端部に装着したときに主軸114に対面する基端側壁12aと、ワークWに対面する先端側壁12bとを有している。主軸114の先端部に形成された工具取付穴114aに適合したシャンク部76a、自動工具交換装置130の交換アーム132に係合する周方向に延びるV溝76bを有した軸部76が基端側壁12aから外方に突出している。   In the present embodiment, the work thickness measuring device 10 is mounted on the tip of the main shaft 114. The work thickness measuring apparatus 10 includes a hollow main body 12, which is mounted on the front end of the main shaft 114, and has a base end wall 12 a facing the main shaft 114 and a front end side wall 12 b facing the work W. And A shank portion 76a adapted to a tool mounting hole 114a formed at a distal end portion of the main shaft 114, and a shaft portion 76 having a circumferentially extending V-groove 76b engaging with a change arm 132 of the automatic tool changer 130 have a base side wall. It protrudes outward from 12a.

軸部76には空圧通路76cが形成されており、該空圧通路76cは、シャンク部76aが工具取付穴114aに装着されたときに、主軸114を軸方向に貫通するスピンドルエア管路114bに連通する。空圧通路76cは、また、後述する内部空圧管路52に連通している。   A pneumatic passage 76c is formed in the shaft portion 76. The pneumatic passage 76c is provided with a spindle air conduit 114b that passes through the main shaft 114 in the axial direction when the shank portion 76a is mounted in the tool mounting hole 114a. Communicate with The pneumatic passage 76c communicates with an internal pneumatic conduit 52 described later.

軸部76には、また回転止め部材78が設けられている。回転止め部材78は、ワーク厚さ測定装置10を主軸114の先端部に装着したときに、主軸装置110のハウジング112に設けられた受け部材116に係合して、ワーク厚さ測定装置10の回転を防止する。回転止め部材78が受け部材116と係合すると、クーラント通路112aと本体12内のクーラント通路72とが連通し、遮断弁108aが開放されたとき、クーラント源104からクリーニングクーラントが逆止弁74を押し開けてクリーニングクーラントノズル40から吐出される。   The shaft portion 76 is further provided with a rotation stopping member 78. When the work thickness measuring device 10 is mounted on the tip of the main shaft 114, the rotation stopping member 78 engages with the receiving member 116 provided on the housing 112 of the main shaft device 110, and Prevent rotation. When the rotation stop member 78 engages with the receiving member 116, the coolant passage 112a communicates with the coolant passage 72 in the main body 12, and when the shut-off valve 108a is opened, the cleaning coolant from the coolant source 104 causes the check valve 74 to move. It is pushed open and discharged from the cleaning coolant nozzle 40.

ワーク厚さ測定装置10は、また本体12の先端側壁12bから外方に突出する測定部14、媒質ノズル38を具備している。ワーク厚さ測定装置10は、更にクリーニングクーラントノズル40を具備することができる。測定部14は、筒状の測定部本体16、軸方向に摺動可能に測定部本体16内に配設されたスライダ18、スライダ18の先端に設けられた測定子26、本体16の後端を閉鎖する後端壁20、本体16内においてスライダ18と後端壁20との間に配設され、スライダ18を先端方向に付勢するばね22、本体16とスライダ18との間に配設されたシール部材としてのOリング24を具備することができる。   The work thickness measuring device 10 also includes a measuring unit 14 and a medium nozzle 38 that protrude outward from the tip side wall 12b of the main body 12. The work thickness measuring device 10 can further include a cleaning coolant nozzle 40. The measuring unit 14 includes a cylindrical measuring unit main body 16, a slider 18 slidably disposed in the measuring unit main body 16 in the axial direction, a tracing stylus 26 provided at the tip of the slider 18, and a rear end of the main body 16. A rear end wall 20 for closing the spring, a spring 22 disposed between the slider 18 and the rear end wall 20 in the main body 16 and biasing the slider 18 in a distal direction, and disposed between the main body 16 and the slider 18 An O-ring 24 as a sealed member can be provided.

本実施形態では、スライダ18は、先端部に円筒状の凹所18aが形成されており、該凹所18aに測定子26が配置される。測定子26は、超音波を送受信する超音波トランスデューサとすることができる。スライダ18の凹所18aから後端面に中心穴18bが延設されている。また、スライダ18が本体16の先端から脱落することを防止するために、スライダ18の後端部にはフランジ部18cが形成されており、本体16の内周面には、フランジ部18cに当接可能に肩部16aが形成されている。後端壁20には、中心穴20aが形成されている。   In the present embodiment, the slider 18 has a cylindrical concave portion 18a formed at the tip, and the tracing stylus 26 is arranged in the concave portion 18a. The tracing stylus 26 can be an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves. A center hole 18b extends from the recess 18a of the slider 18 to the rear end face. In order to prevent the slider 18 from dropping off from the front end of the main body 16, a flange 18c is formed at the rear end of the slider 18, and the inner peripheral surface of the main body 16 contacts the flange 18c. A shoulder 16a is formed to be accessible. A center hole 20 a is formed in the rear end wall 20.

測定子26は、ワイヤ28により制御部30に接続されている。制御部30は、ワイヤ28を介して測定子26から受信した信号を演算処理して、ワークWの厚さを演算する演算部32、ワーク厚さ測定装置10のオンオフスイッチ34、および、外部の送受信装置80と通信する送受信部36を具備する。制御部30は、また、電池39を内蔵することができる。   The tracing stylus 26 is connected to the control unit 30 by a wire 28. The control unit 30 performs arithmetic processing on a signal received from the tracing stylus 26 via the wire 28 to calculate the thickness of the work W, an on / off switch 34 of the work thickness measuring device 10, and an external The transmission / reception unit 36 that communicates with the transmission / reception device 80 is provided. The control unit 30 can also incorporate a battery 39.

媒質ノズル38は、好ましくは、測定子26の前方へ向けて媒質を吐出可能なように、先端側壁12bから中心へ傾斜させて向けて突出している。媒質ノズル38は、媒質吐出管路42を介して定量供給器としてのシリンダ44に接続されている。シリンダ44は、同軸に配置された空圧室48と、媒質室46と、双頭ピストン50とを備えている。双頭ピストン50は、空圧室48内に配置される大径の第1のピストン部50aと、媒質室46内に配置される小径の第2のピストン部50bとを有している。   The medium nozzle 38 preferably projects inclining from the distal end side wall 12b toward the center so that the medium can be discharged forward of the tracing stylus 26. The medium nozzle 38 is connected via a medium discharge pipe 42 to a cylinder 44 as a fixed-rate supply device. The cylinder 44 includes a pneumatic chamber 48, a medium chamber 46, and a double-headed piston 50 arranged coaxially. The double-headed piston 50 has a large-diameter first piston portion 50a arranged in the pneumatic chamber 48 and a small-diameter second piston portion 50b arranged in the medium chamber 46.

空圧室48は、内部空圧管路52、空圧通路76c、スピンドルエア管路114bおよび外部空圧管路106を介して外部の空圧源102に接続される。本実施形態では、内部空圧管路52、空圧通路76c、スピンドルエア管路114bおよび外部空圧管路106が空圧供給通路システムを形成している。   The pneumatic chamber 48 is connected to the external pneumatic source 102 via the internal pneumatic conduit 52, the pneumatic passage 76c, the spindle air conduit 114b, and the external pneumatic conduit 106. In the present embodiment, the internal pneumatic conduit 52, the pneumatic passage 76c, the spindle air conduit 114b, and the external pneumatic conduit 106 form a pneumatic supply passage system.

媒質室46は媒質吐出管路42を介して媒質ノズル38に連通している。媒質吐出管路42には、媒質室46から媒質ノズル38へ向かう流れを遮断する逆止弁56が配設されている。逆止弁56は、内部空圧管路52から分岐したパイロット管路54によって供給されるパイロット空圧によって操作されるパイロット操作式の逆止弁である。逆止弁56に供給されるパイロット空圧が高くなると逆止弁56が開き、媒質ノズル38が媒質室46に連通して媒質ノズル38から媒質の吐出が可能となる。パイロット空圧が消失すると逆止弁56が閉じて、媒質室46から媒質ノズル38へ向かう流れが遮断される。   The medium chamber 46 communicates with the medium nozzle 38 via the medium discharge pipe 42. A check valve 56 that shuts off the flow from the medium chamber 46 to the medium nozzle 38 is provided in the medium discharge pipe 42. The check valve 56 is a pilot-operated check valve operated by pilot air pressure supplied by a pilot line 54 branched from the internal pneumatic line 52. When the pilot air pressure supplied to the check valve 56 increases, the check valve 56 opens, and the medium nozzle 38 communicates with the medium chamber 46, so that the medium can be discharged from the medium nozzle 38. When the pilot air pressure disappears, the check valve 56 closes and the flow from the medium chamber 46 to the medium nozzle 38 is shut off.

媒質室46は、また媒質供給管路68を介して媒質供給源としての媒質タンク58に連通している。媒質タンク内にはゲル状の接触媒質が貯留される。ゲル状の接触媒質は、種々のゲル状物質とすることができるが、好ましくは、図1に示すように、ワークWの鉛直表面に塗布したときに、直ちに流下しない適当な粘度を有した物質、例えばグリースとすることができる。媒質供給管路68には媒質タンク58から媒質室46への媒質の流れを遮断する逆止弁70が配設されている。媒質タンク58内にはピストン60と、媒質タンク58内の媒質を押し出す方向にピストン60を付勢するばね62が配設されている。   The medium chamber 46 communicates with a medium tank 58 as a medium supply source via a medium supply pipe 68. A gel-like couplant is stored in the medium tank. The gel-like couplant may be any of various gel-like substances, but preferably, as shown in FIG. 1, a substance having an appropriate viscosity that does not immediately flow down when applied to the vertical surface of the work W. , For example, grease. A check valve 70 for blocking the flow of the medium from the medium tank 58 to the medium chamber 46 is provided in the medium supply pipe 68. A piston 60 and a spring 62 for urging the piston 60 in a direction to push out the medium in the medium tank 58 are provided in the medium tank 58.

また、媒質タンク58は媒質補充管路64を介してニップル66に接続されている。ニップル66は、媒質タンク58からの媒質の漏洩を防止する接手である。オペレータは、ニップル66を介して注入器を用いて外部から媒質タンク58に媒質を補充することが可能となる。媒質補充管路64は、媒質タンク58において媒質供給管路68が接続されている底壁の近傍に開口している。   The medium tank 58 is connected to a nipple 66 via a medium replenishing line 64. The nipple 66 is a joint for preventing the leakage of the medium from the medium tank 58. The operator can externally refill the medium tank 58 with a syringe via the nipple 66. The medium replenishment line 64 is open in the medium tank 58 near the bottom wall to which the medium supply line 68 is connected.

以下、図3を参照して、本実施形態によるワーク厚さ測定装置10の作用を説明する。
まず、ワーク厚さ測定装置10が主軸114の先端に取付けられる(ステップS10)。これは制御装置140による制御の下で自動工具交換装置130によって行うことができる。ワーク厚さ測定装置10は、オペレータが手操作によって主軸114の先端に取付けてもよい。次いで、オペレータが手操作によって、ワーク厚さ測定装置10の本体に設けられているオンオフスイッチ34を操作することによってワーク厚さ測定装置10の電源がオンされる(ステップS12)。或いは、制御装置140からの電源オン指令を送受信装置80から制御部30に送信して、オンオフスイッチ34をオンさせてもよい。
Hereinafter, the operation of the work thickness measuring apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, the work thickness measuring device 10 is attached to the tip of the main shaft 114 (Step S10). This can be done by the automatic tool changer 130 under the control of the controller 140. The work thickness measuring device 10 may be attached to the tip of the main shaft 114 by an operator manually. Next, the power of the work thickness measuring device 10 is turned on by manually operating the on / off switch 34 provided on the main body of the work thickness measuring device 10 (step S12). Alternatively, a power-on command from the control device 140 may be transmitted from the transmission / reception device 80 to the control unit 30, and the on / off switch 34 may be turned on.

次いで、工作機械100の制御装置140は、媒質タンク58内に所定量以上の媒質が貯留されているか否かを判別し、媒質タンク58内の媒質が所定量より少ない場合に、工作機械100の操作盤上のディスプレイ142に媒質を補充すべき旨の警告を表示する(ステップS14においてYesの場合)。媒質タンク58内に所定量の媒質が貯留されている場合(ステップS14においてNoの場合)、或いは、オペレータが警告に従い媒質を補充する(ステップS16)と、制御装置140は、工作機械100の送り装置を用いてワーク厚さ測定装置10をワークWの測定部位に移動する(ステップS18)。   Next, the control device 140 of the machine tool 100 determines whether or not a predetermined amount or more of the medium is stored in the medium tank 58, and when the medium in the medium tank 58 is smaller than the predetermined amount, A warning that the medium should be replenished is displayed on the display 142 on the operation panel (in the case of Yes in step S14). When a predetermined amount of medium is stored in the medium tank 58 (No in step S14), or when the operator replenishes the medium according to a warning (step S16), the control device 140 sends the machine tool 100 The work thickness measuring device 10 is moved to the measurement site of the work W using the device (step S18).

次いで、クーラント管路108の遮断弁108aが所定時間開かれて、クーラント源104からクリーニングクーラントがクリーニングクーラントノズル40からワークWへ向けて噴射され、測定部位が清掃される(ステップS20)。次いで、外部空圧管路106の遮断弁106aが開かれ、空圧源102から空圧供給通路システムを介してシリンダ44の空圧室48に空圧が印加される。このとき、パイロット管路54を介して空圧がパイロット作動式の逆止弁56に印加され逆止弁56が開く。   Next, the shutoff valve 108a of the coolant line 108 is opened for a predetermined time, the cleaning coolant is injected from the coolant source 104 toward the work W from the cleaning coolant nozzle 40, and the measurement site is cleaned (step S20). Next, the shut-off valve 106a of the external pneumatic line 106 is opened, and pneumatic pressure is applied from the pneumatic source 102 to the pneumatic chamber 48 of the cylinder 44 via the pneumatic supply passage system. At this time, pneumatic pressure is applied to the pilot-operated check valve 56 via the pilot line 54, and the check valve 56 is opened.

これによって、空圧室48内の空圧によってピストン50が駆動され、媒質室46内の接触媒質が媒質吐出管路42を介して媒質ノズル38から吐出される。ピストン50が駆動される間、空圧室48内の空気は排気管路47を通じて外部へ排気される。ピストン50は、空圧室48内の空圧によってストロークエンドまで駆動され、ピストン50の小径の第2のピストン部50bの面積と行程によって決定される容積に相当する体積の接触媒質が一回量として媒質ノズル38から吐出され、ワークWの測定部位の表面に塗布される(ステップS22)。このとき、制御装置140は、今般の接触媒質吐出が、媒質タンク58に接触媒質を補充した後、何回目の吐出であるかカウントし、それを記憶する。   Accordingly, the piston 50 is driven by the air pressure in the air pressure chamber 48, and the couplant in the medium chamber 46 is discharged from the medium nozzle 38 via the medium discharge pipe 42. While the piston 50 is driven, the air in the pneumatic chamber 48 is exhausted to the outside through the exhaust pipe 47. The piston 50 is driven to the stroke end by the pneumatic pressure in the pneumatic chamber 48, and the couplant having a volume corresponding to a volume determined by the area and the stroke of the small-diameter second piston portion 50b of the piston 50 is dispensed once. Is discharged from the medium nozzle 38 and is applied to the surface of the measurement site of the work W (step S22). At this time, the controller 140 counts the number of times the current couplant discharge has been performed after replenishing the medium tank 58 with the couplant, and stores the count.

制御装置140が、外部空圧管路106の遮断弁106aを第1の位置に移動させると、空圧室48が前記空圧供給システムおよび遮断弁106aを通じて外気に連通し、空圧室48内の空圧が空圧供給通路システムを通じて遮断弁106aから排気される。そのとき、パイロット管路54内の圧力が低下して逆止弁56が閉じる。更には、媒質タンク58の圧力によって、媒質タンク58内に貯留されている接触媒質が媒質供給管路68を通じてシリンダ44の媒質室46内に導入される。   When the control device 140 moves the shut-off valve 106a of the external pneumatic line 106 to the first position, the pneumatic chamber 48 communicates with the outside air through the pneumatic supply system and the shut-off valve 106a. Air pressure is exhausted from the shutoff valve 106a through the air pressure supply passage system. At that time, the pressure in pilot line 54 decreases, and check valve 56 closes. Further, the couplant stored in the medium tank 58 is introduced into the medium chamber 46 of the cylinder 44 through the medium supply pipe 68 by the pressure of the medium tank 58.

次いで、工作機械100のZ軸送り装置によって、ワーク厚さ測定装置10を主軸装置110とともにワークWへ向けて接近させ、測定子26がワークWの測定部位の表面に接触する(ステップS24)。次いで、測定子26から超音波が送信され、その反射波が測定子26によって検知される。超音波は物体と物体の境界面で反射する性質があり、この場合は、ワークWとイケール126との境界面、すなわちワーク取付面126aで反射される。演算部32は、超音波の送信から受信までの時間から、ワークWの厚さを演算により求める。こうして得られた測定結果は、送受信部36および送受信装置80を通じて制御装置140に送信され、該制御装置140の所定のメモリ領域に記憶される。測定結果をディスプレイ142に表示するようにしてもよい(ステップS28)。   Next, the work thickness measuring device 10 is brought close to the work W together with the spindle device 110 by the Z-axis feeder of the machine tool 100, and the tracing stylus 26 comes into contact with the surface of the measurement portion of the work W (step S24). Next, an ultrasonic wave is transmitted from the tracing stylus 26 and the reflected wave is detected by the tracing stylus 26. Ultrasonic waves have a property of being reflected at a boundary surface between objects, and in this case, are reflected at a boundary surface between the work W and the scale 126, that is, a work mounting surface 126a. The calculation unit 32 calculates the thickness of the work W from the time from transmission to reception of the ultrasonic wave. The measurement result thus obtained is transmitted to the control device 140 through the transmission / reception unit 36 and the transmission / reception device 80, and stored in a predetermined memory area of the control device 140. The measurement result may be displayed on the display 142 (step S28).

次いで、制御装置140は、記憶した前記カウント値から媒質タンク58に残っている接触媒質の量を演算により求め記憶する(ステップS30)。制御装置140は、測定プログラムからワークWの全ての測定部位が終了したか否かを判断する。次の測定部位が残っている場合(ステップS32でYesの場合)、制御装置140は、ステップS14からの測定工程を再び実行する。全ての測定部位の測定が終了した場合(ステップS32でNoの場合)、オペレータがオンオフスイッチ34を操作して、ワーク厚さ測定装置10の電源がオフされる(ステップS34)。或いは、制御装置140からの電源オフ指令を送受信装置80から制御部30に送信して、オンオフスイッチ34をオフさせてもよい。次いで、ワーク厚さ測定装置10が、自動工具交換装置130によって主軸114の先端部から取り外され(ステップS36)、ワークWの厚さ測定プロセスが終了する。ワーク厚さ測定装置10は、オペレータが手操作によって主軸114の先端から取り外してもよい。   Next, the control device 140 calculates the amount of the couplant remaining in the medium tank 58 from the stored count value by calculation and stores it (step S30). The control device 140 determines from the measurement program whether or not all the measurement sites of the work W have been completed. When the next measurement site remains (in the case of Yes in step S32), the control device 140 executes the measurement process from step S14 again. When the measurement of all the measurement sites is completed (No in step S32), the operator operates the on / off switch 34 to turn off the power of the work thickness measuring device 10 (step S34). Alternatively, a power-off command from the control device 140 may be transmitted from the transmission / reception device 80 to the control unit 30 to turn off the on / off switch 34. Next, the work thickness measuring device 10 is removed from the tip of the main shaft 114 by the automatic tool changer 130 (step S36), and the process of measuring the thickness of the work W ends. The work thickness measuring device 10 may be removed from the tip of the main shaft 114 by an operator manually.

本実施形態によれば、ワーク厚さ測定装置10は、主軸114の先端部の工具取付穴114aに適合したシャンク部76aを有しているので、容易に種々の工作機械に装着することが可能である。   According to the present embodiment, since the work thickness measuring device 10 has the shank portion 76a adapted to the tool mounting hole 114a at the tip of the main shaft 114, it can be easily mounted on various machine tools. It is.

更に、本発明によれば、定量供給器によって、工作機械100のスピンドルエアを利用して所定量の接触媒質が媒質ノズル38からワークWへ向けて吐出される。また、ワーク厚さ測定装置10は、自動工具交換装置130によって、主軸114の先端部に着脱することができるので、ワークWの表面の清掃から接触媒質の吐出、ワークWの厚さの測定までプログラム化して自動化することが可能となる。   Further, according to the present invention, a predetermined amount of the couplant is discharged from the medium nozzle 38 toward the work W by using the spindle air of the machine tool 100 by the fixed amount supply device. Further, since the work thickness measuring device 10 can be attached to and detached from the tip of the main shaft 114 by the automatic tool changing device 130, from the cleaning of the surface of the work W to the discharge of the couplant and the measurement of the thickness of the work W. It can be programmed and automated.

本実施の形態では、X軸、Y軸、Z軸の直動3軸と、B軸の回転1軸の4軸工作機械について述べたが、直動3軸だけの工作機械でも、或いは、更にもう1軸の回転送り軸を持った5軸工作機械等でも本発明は適用可能である。また、本発明は、立形工作機械にも横形工作機械にも適用可能である。   In the present embodiment, a four-axis machine tool having three linear axes of X-axis, Y-axis, and Z-axis and a single axis of rotation of B-axis has been described. The present invention is also applicable to a five-axis machine tool having another rotary feed shaft. Further, the present invention is applicable to both vertical machine tools and horizontal machine tools.

10 測定装置
12 本体
12a 基端側壁
12b 先端側壁
26 測定子
30 制御部
32 演算部
36 送受信部
38 媒質ノズル
40 クリーニングクーラントノズル
44 シリンダ
58 媒質タンク
76a シャンク部
76b V溝
80 送受信装置
100 工作機械
114 主軸
114b スピンドルエア管路
140 制御装置(NC装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measuring apparatus 12 Main body 12a Base end wall 12b Tip side wall 26 Measuring element 30 Control part 32 Operation part 36 Transmission / reception part 38 Medium nozzle 40 Cleaning coolant nozzle 44 Cylinder 58 Medium tank 76a Shank part 76b V-groove 80 Transmission / reception apparatus 100 Machine tool 114 Main shaft 114b Spindle air line 140 Control device (NC device)

Claims (6)

主軸とワークとを相対移動させる少なくともX軸、Y軸、Z軸の直交3軸の送り装置を備えた工作機械において、
空圧源と、
前記空圧源に連通し、前記主軸を貫通して延びるスピンドルエア管路と、
前記主軸の工具装着部に着脱可能なワーク厚さ測定装置と、
を具備し、前記ワーク厚さ測定装置が、
前記主軸の先端部に装着したときに、該主軸に対面する基端側壁および該基端側壁の反対側に設けられワークに対面可能な先端側壁を有した測定装置本体と、
前記基端側壁から突出し、前記主軸の先端部に着脱可能なシャンク部と、
ワークの表面に接触可能に前記測定装置本体の先端側壁に設けられ超音波を送受信する測定子と、
前記測定装置本体に設けられ、前記ワークの表面に前記測定子を接触させた状態で前記測定子によって超音波を送受信し、超音波の送信時と受信時の時間差から前記ワークの厚さを演算により求め、測定データを外部に無線送信する制御部と、
前記測定装置本体に設けられ、前記測定子とワーク表面との間に塗布するゲル状の接触媒質を貯留する媒質タンクと、
前記測定装置本体が前記主軸に装着されている間、前記スピンドルエア管路から受け入れた空圧を利用して、一定量の接触媒質をワーク表面に吐出する定量供給器と、
を具備することを特徴とした工作機械。
In a machine tool having at least an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis orthogonal three-axis feeder for relatively moving a main shaft and a work,
A pneumatic source,
A spindle air line communicating with the air pressure source and extending through the main shaft;
Work thickness measuring device that can be attached to and detached from the tool mounting part of the spindle,
Comprising, the work thickness measuring device,
A measuring device main body having a proximal side wall facing the main shaft and a distal side wall provided on the opposite side of the proximal side wall and capable of facing a work when attached to the distal end portion of the main shaft;
A shank protruding from the base end side wall and detachably attached to a distal end of the spindle;
A tracing stylus that transmits and receives ultrasonic waves provided on the tip side wall of the measuring device main body so as to be able to contact the surface of the work,
It is provided in the measuring device main body, transmits and receives ultrasonic waves by the tracing stylus in a state where the tracing stylus is in contact with the surface of the work, and calculates the thickness of the work from the time difference between when the ultrasonic wave is transmitted and when the ultrasonic wave is received. And a control unit for wirelessly transmitting the measurement data to the outside,
A medium tank that is provided on the measuring device main body and stores a gel-like couplant to be applied between the tracing stylus and the work surface,
While the measuring device main body is mounted on the main shaft, using a pneumatic pressure received from the spindle air line, a fixed amount feeder that discharges a certain amount of couplant onto the work surface,
A machine tool comprising:
前記シャンク部は、前記基端側壁から突出した軸部の先端に形成されており、該軸部は、前記シャンク部と前記基端側壁との間に周方向に延びるV溝が形成されており、
前記工作機械は、更に前記V溝に係合可能なアームを有した自動工具交換装置を具備し、該自動工具交換装置によって、前記ワーク厚さ測定装置を前記主軸の先端部に着脱可能にした請求項1に記載の工作機械。
The shank portion is formed at a distal end of a shaft portion protruding from the base side wall, and the shaft portion has a V-groove extending in a circumferential direction between the shank portion and the base side wall. ,
The machine tool further includes an automatic tool changing device having an arm engageable with the V-groove, and the automatic tool changing device makes the work thickness measuring device detachable from the tip of the main spindle. The machine tool according to claim 1.
主軸とワークとを相対移動させる少なくともX軸、Y軸、Z軸の直交3軸の送り装置を備えた工作機械の機上でワーク表面に接触し、超音波の送信時と受信時の時間差からワークの厚さを測定するワーク厚さ測定装置において、
前記主軸の先端部に装着したときに、該主軸に対面する基端側壁および該基端側壁の反対側に設けられワークに対面可能な先端側壁を有した測定装置本体と、
前記基端側壁から突出し、前記主軸の先端部に着脱可能なシャンク部と、
ワークの表面に接触可能に前記測定装置本体の先端側壁に設けられ超音波を送受信する測定子と、
前記測定装置本体に設けられ、前記ワークの表面に前記測定子を接触させた状態で前記測定子によって超音波を送受信し、超音波の送信時と受信時の時間差から前記ワークの厚さを演算により求め、測定データを外部に無線送信する制御部と、
前記測定装置本体に設けられ、前記測定子とワーク表面との間に塗布するゲル状の接触媒質を貯留する媒質タンクと、
前記測定装置本体が前記主軸に装着されている間、前記工作機械の空圧源に連通し前記主軸を貫通して延びるスピンドルエア管路から受け入れた空圧を利用して、一定量の接触媒質をワーク表面に吐出する定量供給器と、
を具備することを特徴としたワーク厚さ測定装置。
Contacting the workpiece surface on a machine tool equipped with at least a 3-axis feeder of X-axis, Y-axis, and Z-axis that relatively moves the main spindle and the workpiece, and based on the time difference between ultrasonic transmission and reception In a work thickness measuring device that measures the thickness of a work,
A measuring device main body having a proximal side wall facing the main shaft and a distal side wall provided on the opposite side of the proximal side wall and capable of facing a work when attached to the distal end portion of the main shaft;
A shank protruding from the base end side wall and detachably attached to a distal end of the spindle;
A tracing stylus that transmits and receives ultrasonic waves provided on the tip side wall of the measuring device main body so as to be able to contact the surface of the work,
It is provided in the measuring device main body, transmits and receives ultrasonic waves by the tracing stylus in a state where the tracing stylus is in contact with the surface of the work, and calculates the thickness of the work from the time difference between when the ultrasonic wave is transmitted and when the ultrasonic wave is received. And a control unit for wirelessly transmitting the measurement data to the outside,
A medium tank that is provided in the measuring device main body and stores a gel-like couplant applied between the tracing stylus and the work surface,
While the measuring device main body is mounted on the main shaft, a certain amount of couplant is used by utilizing the pneumatic pressure received from a spindle air line which communicates with the pneumatic source of the machine tool and extends through the main shaft. A constant-volume feeder that discharges
A work thickness measuring device, comprising:
前記定量供給器は、前記スピンドルエア管路に連通する空圧室および前記媒質タンクに連通する媒質室を有したシリンダと、
前記空圧室内に配設された第1のピストン部および前記媒質室内に配設された第2のピストン部を有した双頭ピストンとを具備する請求項3に記載のワーク厚さ測定装置。
A cylinder having a pneumatic chamber communicating with the spindle air line and a medium chamber communicating with the medium tank,
The work thickness measuring device according to claim 3, further comprising a double-headed piston having a first piston disposed in the pneumatic chamber and a second piston disposed in the medium chamber.
前記媒質タンクに連する媒質ノズルを更に具備し、該媒質ノズルが前記測定子に隣接させて前記基端側壁から突出するように設けられている請求項4に記載のワーク厚さ測定装置。   The work thickness measuring device according to claim 4, further comprising a medium nozzle connected to the medium tank, wherein the medium nozzle is provided so as to protrude from the base end side wall adjacent to the measuring element. 前記工作機械のクーラント源に連通し、ワーク表面に向けてクーラントを吐出可能に、測定子に隣接させて前記基端側壁から突出するクリーニングクーラントノズルを更に具備する請求項3に記載のワーク厚さ測定装置。   4. The work thickness according to claim 3, further comprising a cleaning coolant nozzle protruding from the base end side wall adjacent to the measuring element so as to be able to discharge the coolant toward the work surface and communicate with a coolant source of the machine tool. measuring device.
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