CN107816929A - 圆度测量机 - Google Patents

Abstract

圆度测量机(1)具有：基座；工作台(20)，其能够相对于基座进行旋转；探针(30)，其对载置于工作台(20)的工件(W)的表面进行检测；电动机(23)，其对工作台(20)进行旋转驱动；以及控制装置(50)，其对电动机(23)的旋转进行控制。控制装置(50)具有：启动电流检测部(541)，其能够检测电动机(23)的启动电流；以及加减速时间设定部(542)，其根据电动机(23)的启动电流来设定电动机(23)的加速时间和减速时间中的至少任一个。圆度测量机(1)能够将电动机(23)的加速时间或减速时间设定为与载置于工作台(20)的工件(W)的惯性矩相应的适当的长度。

Description

圆度测量机

2016年9月13日提交的日本专利申请2016-178459的全部公开内容通过引用明确地并入本文。

技术领域

本发明涉及一种测量工件的外周形状的圆度测量机。

背景技术

为测量工件的外周形状，使用圆度测量机。

在圆度测量机中，将工件载置于旋转式的工作台，利用工作台来使工件旋转，并使探针与工件的周面接触，由此测量工件的外周形状(参照文献1：日本特开2016-065751号公报)。

在圆度测量机中，为了高精度地进行测量，在使探针与工件的周面接触来进行测量时，进行动作控制以使工件和工作台的转速处于规定的范围内。

在如前所述的圆度测量机中，在测量工件的周面时，需要使工件以适于测量的规定速度进行旋转。为此，向工作台提供驱动力，使工件从停止状态加速到期望的转速。

在此，工件各自具有固有的惯性矩。因此，即使工作台的驱动力相同，到工件的转速达到期望的范围为止的时间(加速时间)也各不相同。即，惯性矩大的工件的加速时间长，惯性矩小的工件的加速时间短。

从作业效率的观点出发，期望的是这种加速时间尽量短，这样能够立即进入测量动作。但是，当加速时间过短时，存在以下可能性：工件的加速变得不充分，变得无法以期望的转速来进行适当的测量。

此外，通过强化工作台的驱动力，即使是惯性矩大的工件也能够在短时间内充分地加速。但是，强力的驱动机构在恒速旋转的测量状态下成为不需要的过剩设备，作为测量机整体而言，可能在机构上产生过剩的负担，不符合高精度化。由于这种情况，不对工作台的驱动机构进行超过需要的强化。

另外，在对工作台的加速度进行控制的结构中，也期望加速时间尽可能短，但是没有自动判别对于载置于工作台的工件的惯性矩而言适合的加速时间。假如当设定了比对于工件惯性矩而言适合的加速时间短的加速时间时，被施加大的惯性矩的工作台被急剧地加速控制，因此对工作台进行驱动的电动机的动作会出问题。

针对前述的加速时间的问题，在以往的圆度测量机中以如下方式应对：配合最大的工件(能够测量的工件中的最大重量或最大直径的工件)的惯性矩，将加速时间设定得足够长。

即，在以往的圆度测量器中，通过将加速时间设定得长来确保充分的加速时间，在该充分的加速时间下，即使是惯性矩大的工件，也能够以电动机的动作不出问题的方式达到测量所需的期望的转速。也就是说，相比于作业效率，能够进行可靠的测量更为优先。

另一方面，关于在工件正在旋转的状态下对工作台进行制动来使工件减速到停止状态的时间(减速时间)，也存在产生同样的问题的情况。

即，当在短时间内进行惯性矩大的工件的制动时，存在机构部分所受的负担增大这样的问题。另外，在进行工作台的角度定位的情况下，当在短时间内进行惯性矩大的工件的制动时，无法进行准确的定位。因此，将减速时间也设定得足够长。

这样，在以往的圆度测量机中，将工作台的加减速时间(加速时间和减速时间)设定得足够长，使得即使是惯性矩大的工件也能够不勉强地高精度地进行加速和减速。

然而，当如前述那样将加减速时间设定得足够长时，在测量各种工件的大多数情况下，加减速时间被设定为比原本需要的时间长的时间。因此，存在以下问题：测量工件所花费的整体的时间变长，圆度测量机的每单位时间的处理效率下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够确保测量的精度并提高测量效率的圆度测量机。

本发明的圆度测量机的特征在于，具有：基座；工作台，其能够相对于所述基座进行旋转；探针，其对载置于所述工作台的工件的表面进行检测；电动机，其对所述工作台进行旋转驱动；以及控制装置，其对所述电动机的旋转进行控制，其中，所述控制装置具有：启动电流检测部，其能够检测所述电动机的启动电流；以及加减速时间设定部，其根据所述电动机的启动电流来设定所述电动机的加速时间和减速时间中的至少任一个。

在本发明中，通过启动电流检测部来检测电动机的启动电流。

在工作台的启动初期，在电动机中流过比稳定运转时的电流大的启动电流。启动电流与电动机的负荷转矩成正比，电动机的负荷转矩与载置于工作台的工件的惯性矩成正比。即，由启动电流检测部检测的启动电流的大小为与载置于工作台的工件的惯性矩相应的值。

在本发明中，通过加减速时间设定部来根据电动机的启动电流设定电动机的加速时间和减速时间中的至少任一个。

即，由启动电流检测部检测出的启动电流越大，则加减速时间设定部将加速时间或减速时间设定得越长。另一方面，启动电流越小，则加减速时间设定部将加速时间或减速时间设定得越短。关于相对于启动电流的加速时间和减速时间的设定，既可以利用运算式来计算，也可以参照数据表等，既可以是连续性的比例关系，也可以是每个区间的阶梯式的设定等。

由此，工件的惯性矩越大，则加速时间或减速时间被设定得越长。或者，工件的惯性矩越小，则加速时间或减速时间被设定得越短。

因此，在本发明的圆度测量机中，能够将加速时间或减速时间设定为与载置于工作台的工件的惯性矩相应的适当的长度。也就是说，无需将加速时间或减速时间固定为与惯性矩大的工件对应的长时间。因此，能够缩短在探针对工件进行的检测动作的前后所需的用于电动机的加减速的时间。此外，无需改变电动机以固定速度进行旋转的时间，因此能够确保用于高精度地进行测量的测量时间

因而，根据本发明，能够提供能够确保测量的精度并提高测量效率的圆度测量机。

另外，在本发明的圆度测量机中，也可以是，所述加减速时间设定部对于所述加速时间和所述减速时间中的至少任一个预先设定初始值，该初始值基于能够测量的所述工件中的最大重量或最大直径的所述工件的惯性矩，并且，检测出的所述启动电流越小，则所述加减速时间设定部将所述加速时间和所述减速时间中的至少任一个重新设定得越短。

由此，配合惯性矩大的工件来富有余裕地设定电动机的加速时间的初始值，因此能够使电动机的启动动作稳定。同样地，富有余裕地设定电动机的减速时间，因此能够使电动机的减速动作稳定。

附图说明

图1是表示基于本发明的圆度测量机的一个实施方式的立体图。

图2是表示本实施方式的圆度测量机的框图。

图3是表示本实施方式的电动机的启动电流的示意性的曲线图。

图4是表示本实施方式的加减速时间设定部的加减速时间的设定例的曲线图。

图5是表示本实施方式的加减速时间设定部的加减速时间的设定例的表。

图6是表示本实施方式的电动机的转速与时间之间的关系的示意性的曲线图。

图7是表示本实施方式的工作台和大的工件的立体图。

图8是表示本实施方式的工作台和小的工件的立体图。

图9是表示本实施方式的电动机的转速与时间之间的关系的示意性的曲线图。

具体实施方式

〔圆度测量机〕

在图1中，圆度测量机1具备：基座10；工作台20，其能够相对于基座10进行旋转；探针30，其对载置于工作台20的工件W的表面进行检测；探针移动机构40，其使探针30移动；以及控制装置50，其用于进行探针移动机构40的动作控制、探针30的检测输出的处理。

在基座10设置有对工作台20进行旋转驱动的电动机23。由控制装置50对电动机23进行动作控制。

工作台20设置成能够以沿铅直方向配置的旋转轴线L为中心来相对于基座10进行旋转。在工作台20的上表面载置工件W。工件W的中心轴线C配置在工作台20的旋转轴线L的延长线上。

电动机23借助减速器等对工作台20进行旋转驱动。在电动机23以规定转速N1进行旋转的期间，工作台20以固定的速度进行旋转。对工作台20设置有读取工作台20的旋转角度的角度传感器27。

探针30具有与工件W接触的测针31以及将测针31的位移输出为信号的主体部32。

探针移动机构40使探针30沿上下方向以及接近或离开工件W的方向移动。由此，测针31与设置于工作台20的工件W的周面的任意高度位置接触。

控制装置50例如由个人计算机构成，进行包括工件W的圆度测量在内的各部的动作控制。控制装置50具有输入终端51和显示器52，作业者P能够借助它们来进行圆度测量机1的操作和信息读取。

此外，在本实施方式中，使控制装置50与作为装置主体的基座10为不同个体，但是控制装置50也可以装入到装置主体。

在图2中，控制装置50具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)和存储器，通过执行保存于内部的程序来作为测量控制部53发挥功能。

具体地说，测量控制部53包括电动机控制部54、移动控制部55、位移检测部56以及角度检测部57。存储器是ROM(Read Only Memory：只读存储器)和RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)等，作为存储部58发挥功能。

测量控制部53对圆度测量机1的各部进行控制，来执行与轮廓形状或圆度有关的期望的测量动作。

具体地说，由电动机控制部54对电动机23的旋转进行控制来使工作台20以规定转速N1进行旋转，并且，由移动控制部55对探针移动机构40进行控制来使探针30与工件W的周面接触。然后，在工作台20以规定转速N1进行旋转的期间，利用角度检测部57基于角度传感器27的信号来检测工作台20的角度，并且利用位移检测部56基于探针30的信号来检测测针31的位移。其结果，测量工件W的整周角度θ＝0～360度的位移，通过其数据处理来求出工件W的周面的轮廓形状或圆度。

为了由电动机控制部54对电动机23的旋转进行控制，在电动机控制部54与电动机23之间设置有速度控制部61、驱动部62、电流传感器63以及转速检测部64。

这些速度控制部61至转速检测部64例如由电路构成，各自既可以设置于基座10，也可以设置于控制装置50。

从电动机控制部54向速度控制部61输入各种指令值，并且从转速检测部64向速度控制部61输入电动机23的转速。速度控制部61以使电动机23的转速成为电动机控制部54所指示的转速的方式生成控制信号，并将控制信号输出到驱动部62。

驱动部62基于从速度控制部61输入的控制信号来向电动机23供给电力，对电动机23进行驱动。驱动部62例如由具有多个开关元件的电动机驱动器构成。

电流传感器63对流过电动机23的电流值进行检测，并将电流值输出到电动机控制部54。

转速检测部64例如基于角度传感器27的信号等来检测电动机23的转速，并将电动机23的转速输出到速度控制部61。

电动机控制部54构成为包括启动电流检测部541和加减速时间设定部542。

启动电流检测部541基于从电流传感器63输入的电动机23的电流值来检测电动机23的启动电流Im。

加减速时间设定部542根据启动电流检测部541所检测出的电动机23的启动电流Im的大小，来设定用于对电动机23的加速动作或减速动作进行控制的加速时间Ts和减速时间Tb。

〔电动机23的控制动作〕

接着，参照图2至图6来说明对电动机23进行控制的动作。

在电动机23启动前，在电动机控制部54中设定有加速时间Ts和减速时间Tb的初始值。作为加速时间Ts的初始值和减速时间Tb的初始值，例如使用基于能够测量的工件W中的最大重量或最大直径的工件W的惯性矩的容许最短时间。在此，容许最短时间是指在被施加工件W的惯性矩的状态下能够以使电动机23的动作不出问题的方式从静止状态加速到规定转速N1的最短时间或者能够从规定转速N1减速为静止状态的最短时间。

电动机控制部54接收来自作业者P的指示，基于加速时间Ts的初始值将用于启动电动机23的各种指令值输出到速度控制部61。速度控制部61基于所输入的各种指令值来生成控制信号，并将控制信号输出到驱动部62。驱动部62基于所输入的控制信号来启动电动机23。

在电动机23启动时，在电动机23中流过比稳定运转时的电流大的启动电流Im。启动电流Im与电动机23的负荷转矩成正比，电动机23的负荷转矩与载置于工作台20的工件W的惯性矩成正比。即，启动电流Im的大小与载置于工作台20的工件W的惯性矩的大小相应(参照图3)。

在电动机23刚启动后，启动电流检测部541基于从电流传感器63输入的电流值来检测其峰电流作为启动电流Im。这样，加减速时间设定部542根据由启动电流检测部541检测出的启动电流Im来设定加速时间Ts和减速时间Tb(加减速时间Ts、Tb)。

在此，启动电流Im越小，则加减速时间设定部542将加减速时间Ts、Tb设定得越短。关于相对于启动电流Im的加减速时间Ts、Tb的设定，既可以利用运算式来计算，也可以参照数据表等。另外，加减速时间Ts、Tb既可以被设定成与启动电流Im具有连续性的比例关系，也可以将启动电流Im分为多个区间，根据各划分来阶梯式地设定加减速时间Ts、Tb。

例如，在图4中，示出了启动电流Im与使用运算式来设定的加减速时间Ts、Tb之间的关系。加减速时间Ts、Tb与启动电流Im具有连续性的比例关系。但是，在启动电流Im为规定的低电流值ImL以下的情况下，一律被设定为所需最短时间TsL、TbL，以防止工作台20的驱动系统由于急剧的行为而损坏。

另外，在图5中，示出了与启动电流Im的每个区间相对应的加减速时间Ts、Tb的数据表。加减速时间Ts、Tb是与启动电流Im的各区间相应地阶梯式地设定的。

此外，在图5所示的表中，启动电流Im的从规定的低电流值ImL以上起到小于规定的高电流值ImH为止的范围被分为n个区间。在该范围内，加速时间Ts从Ts(1)阶梯式地增加到Ts(n)，另外，减速时间Tb从Tb(1)阶梯式地增加到Tb(n)。

另外，用于防止工作台20的驱动系统由于急剧的行为而损坏的所需最短时间TsL、TbL与小于规定的低电流值ImL的区间对应。

另外，在图5所示的表中，基于能够测量的工件W中的最大重量或最大直径的工件W的惯性矩的容许最短时间TsH、TbH与规定的高电流值ImH以上的区间对应。在此，容许最短时间TsH是在被施加工件W的惯性矩的状态下能够从电动机23的启动初期加速到规定转速N1的最短时间。容许最短时间TbH是在被施加工件W的惯性矩的状态下能够从规定转速N1减速为静止状态的最短时间。

之后，电动机控制部54运算能够花费重新设定的加速时间Ts来达到规定转速N1的加速度，将包含用于实现该加速度的转速的指令值输出到速度控制部61。

此外，由加减速时间设定部542设定的减速时间Tb例如也可以暂时存储在存储部58中。

速度控制部61当接收到来自电动机控制部54的指令值时，生成基于从转速检测部64输入的转速与所指示的转速之间的差异而得到的控制信号。驱动部62基于该控制信号来驱动电动机23。

由此，电动机23花费由加减速时间设定部542设定的加速时间Ts来从静止状态加速到规定转速N1。

之后，对电动机23进行控制，使得在预先设定的测量时间Tr经过之前该电动机23以规定转速N1进行旋转。

此外，作为测量时间Tr，将电动机23达到规定转速N1的时间点设为可测量时间点，从可测量时间点起至少确保用于使工作台20旋转一周的时间。在测量时间Tr的期间，探针30对载置于工作台20的工件W的表面进行检测。

在测量时间Tr经过时，电动机控制部54参照存储部58中存储的减速时间Tb，运算能够花费该减速时间Tb来达到静止状态的减速度，将包含用于实现该减速度的转速的指令值输出到速度控制部61。

速度控制部61当接收到来自电动机控制部54的指令值时，生成基于从转速检测部64输入的转速与所指示的转速之间的差异而得到的控制信号。驱动部62基于该控制信号来驱动电动机23。

由此，电动机23花费由加减速时间设定部542设定的减速时间Tb来从规定转速N1减速为静止状态。

根据以上的控制方法，电动机23被控制为：花费所设定的加速时间Ts来从静止状态加速到规定转速N1之后，在测量时间Tr经过之前以规定转速N1固定地进行旋转。在测量时间Tr经过之后，电动机23被控制为花费所设定的减速时间Tb来从规定转速N1减速为静止状态(参照图6)。

此外，与加速时间Ts相比，从电动机23的启动时间点到重新设定加速时间Ts的时间点的时间是极短的时间，因此在图6中省略了记载。

〔本实施方式的效果〕

在本实施方式中，启动电流检测部541对电动机23的启动电流Im进行检测，加减速时间设定部542根据检测出的启动电流Im来设定电动机23的加减速时间Ts、Tb。由此，工件W的惯性矩越大，则能够将加减速时间Ts、Tb设定得越长，工件W的惯性矩越小，则能够将加减速时间Ts、Tb设定得越短。

例如，假定如图7和图8所分别示出的大小2个工件W1、W2。工件W1与工件W2相比重量和直径大，其惯性矩大。因此，与测量工件W1时的启动电流Im1相比，测量工件W2时的启动电流Im2更小(参照图3)。

于是，惯性矩大的工件W1的加减速时间Ts1、Tb1被设定得长，惯性矩小的工件W2的加减速时间Ts2、Tb2被设定得短(参照图9)。

即，根据本实施方式，能够将加减速时间Ts、Tb设定为与载置于工作台20的工件W的惯性矩相应的适当的长度。由此，无需将加减速时间Ts、Tb固定为与惯性矩大的工件W对应的长时间。因此，能够缩短在探针30对工件W进行的检测动作的前后所需的用于电动机23的加减速的时间。

此外，即使工件W的大小存在不同，也同样能够确保用于由探针30高精度地进行测量的测量时间Tr(例如图9的Tr1和Tr2)。

因而，本实施方式的圆度测量机1能够确保测量的精度并提高测量效率。

另外，在本实施方式中，对于加速时间Ts和减速时间Tb预先设定初始值，该初始值基于能够测量的工件W中的最大重量或最大直径的工件W的惯性矩，并且，检测出的启动电流Im越小，则将加速时间Ts和减速时间Tb重新设定得越短。由此，配合惯性矩大的工件W来富有余裕地设定电动机23的加速时间Ts的初始值，因此能够使电动机23的启动动作稳定。同样地，富有余裕地设定电动机23的减速时间Tb，因此能够使电动机23的减速动作稳定。

〔变形例〕

本发明不限定于所述实施方式，在能够达成本发明的目的的范围内还包括下面示出的变形。

在所述实施方式中，对于加速时间Ts使用基于能够测量的工件W中的最大重量或最大直径的工件的惯性矩的初始值，由此预先富有余裕地设定长的时间。然后，检测出的启动电流Im越小，则将加速时间Ts重新设定得越短。

但是，本发明不限于此，也可以是，对于加速时间Ts使用例如基于预计最可能实施测量的工件W的惯性矩的初始值，检测出的启动电流Im越大，则将加速时间Ts设定得越长，检测出的启动电流Im越小，则将加速时间Ts设定得越短。

在所述实施方式中，加减速时间设定部542根据启动电流Im来设定加速时间Ts和减速时间Tb，但是也可以是设定加速时间Ts和减速时间Tb中的任一方，使另一方为固定值。

在所述实施方式中，设控制装置50与基座10为不同个体，但是控制装置50也可以装入到基座10。在该情况下，也可以在基座10的表面设置输入终端51和显示器52。

在所述实施方式中，进行电动机23的反馈控制，但是本发明不限于此。即，也可以是，圆度测量机1不具有转速检测部64，速度控制部61仅基于来自电动机控制部54的指令值来控制驱动部62。

另外，在圆度测量机1对工件W的旋转角度进行定位的情况下，期望的是，确保与工件W的惯性矩相应的长度的减速时间Tb。在该情况下，能够将前述的减速时间Tb的设定方法应用为定位用的减速时间Tb的设定方法。

Claims (2)

1.一种圆度测量机，其特征在于，具有：

基座；工作台，其能够相对于所述基座进行旋转；探针，其对载置于所述工作台的工件的表面进行检测；电动机，其对所述工作台进行旋转驱动；以及控制装置，其对所述电动机的旋转进行控制，

其中，所述控制装置具有：

启动电流检测部，其能够检测所述电动机的启动电流；以及

加减速时间设定部，其根据所述电动机的启动电流来设定所述电动机的加速时间和减速时间中的至少任一个。

2.根据权利要求1所述的圆度测量机，其特征在于，

所述加减速时间设定部对于所述加速时间和所述减速时间中的至少任一个预先设定初始值，该初始值基于能够测量的所述工件中的最大重量或最大直径的所述工件的惯性矩，

并且，检测出的所述启动电流越小，则所述加减速时间设定部将所述加速时间和所述减速时间中的至少任一个重新设定得越短。