JP2001041739A - 真円度測定機能を有する自動寸法計測装置 - Google Patents

真円度測定機能を有する自動寸法計測装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】真円度を測定することのできる自動寸法計測装
置を提供する。 【解決手段】本発明の自動寸法計測装置は、真円度解析
処理を行う管制部１８を備えている。管制部１８は、測
定ヘッド１６で測定したデータに基づいてワークを定寸
加工するように研削盤制御装置１４を制御するととも
に、測定ヘッド１６の測定データに基づいてワーク１０
の真円度を解析し、タッチパネル２０に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの真円度を
測定することができる真円度測定機能を有する自動寸法
計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動寸法計測装置は、ワーク寸法を自動
的に測定する装置であり、例えば、自動定寸装置や、自
動検測装置がある。
【０００３】自動定寸装置は、生産ライン等において、
加工中にワーク寸法を測定し、リアルタイムで工作機械
を制御する装置である。たとえば、円筒研削盤において
加工中にワーク寸法を測定し、ワーク寸法が、あらかじ
め設定した寸法に達すると、粗研から精研、精研からス
パークアウト等の切り替え、あるいは砥石台の後退信号
の出力等を行う。
【０００４】ところで、従来、工作機械で加工したワー
クの真円度を測定する場合は、ワークの加工が終了した
後に、ワークを一旦工作機械から取り外し、機外の真円
度測定器に運んで測定することにより実施していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、真円度
測定器を用いたワークの測定には多大な時間を要するた
め、生産ライン等で順次加工されるワークの全てについ
ては測定することができないという欠点があった。
【０００６】一方、自動検測装置は、生産ライン等で工
作機械による加工後にワークの寸法を測定し、その測定
データに基づいてワークを選別したり、その測定データ
を工作機械にフィードバックして加工条件を補正したり
する装置である。たとえば、旋盤等で加工されたワーク
の寸法を測定し、その測定寸法と公差とを比較してワー
クの合否判定を行い、ＮＧワークを分類したり、また、
その測定寸法を旋盤にフィードバックして刃先位置やワ
ーク位置の補正をしたりする。
【０００７】ところで、旋盤等の工作機械で加工された
ワークを真円度測定しようとする場合、従来は自動検測
装置とは別に設置された真円度測定機にワークを搬送し
て測定を実施していた。
【０００８】しかしながら、真円度測定機によるワーク
の真円度測定には多大な時間を要するため、生産ライン
等で順次加工されるワークの全てについては測定するこ
とができないという欠点があった。
【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、真円度を測定することのできる自動寸法計測装
置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は上
記目的を達成するために、工作機械によるワークの加工
中に、前記ワークの寸法を測定し、該ワークの寸法が、
あらかじめ設定した寸法に達すると、前記工作機械に加
工の停止を指示する自動寸法計測装置において、前記ワ
ークの回転角度に対応する半径データを測定する半径デ
ータ測定手段と、前記半径データ測定手段で測定した半
径データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶さ
れた半径データに基づいて真円度解析を実行し、前記ワ
ークの真円度を算出する真円度演算手段と、を備えてい
ることを特徴とする。
【００１１】請求項１記載の発明によれば、インライン
で使用される自動寸法計測装置、例えば自動定寸装置に
真円度測定を行う機能が備えられているので、ワークを
工作機械から外すことなく真円度の全数検査が可能にな
る。
【００１２】請求項２記載の発明は上記目的を達成する
ために、工作機械による加工後にワークを回転駆動手段
で回転させてその寸法を測定し、その測定データに基づ
いて前記ワークを選別、又は、その測定データを前記工
作機械にフィードバックする自動寸法計測装置におい
て、前記ワークの回転角度に対応する半径データを測定
する半径データ測定手段と、前記半径データ測定手段で
測定した半径データを記憶する記憶手段と、前記記憶手
段に記憶された半径データに基づいて真円度解析を実行
し、前記ワークの真円度を算出する真円度演算手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００１３】請求項２記載の発明によれば、工作機械で
加工されたワークを検測する自動寸法計測装置に真円度
測定を行う機能が備えられているので、別途、真円度測
定機でワークの真円度測定をする必要がなくなる。これ
により、生産ライン等で順次加工される全てのワークに
対して真円度測定を実施することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る真円度測定機能を有する自動寸法計測装置の好ましい
実施の形態について詳説する。
【００１５】図１は、本発明に係る自動寸法計測装置の
第１の実施の形態を示す全体構成図であり、第１の実施
の形態の自動寸法計測装置は、円筒研削盤に適用された
自動定寸装置の例を示している。
【００１６】円筒研削盤は、回転するワーク１０に回転
する砥石１２を押し当ててワーク１０の外周を研削す
る。ワーク１０は、研削盤制御装置１４によって回転速
度が制御されており、また、砥石１２は、研削盤制御装
置１４によって回転速度及びワーク１０に対する送りが
制御されている。
【００１７】自動定寸装置は、図１、図２に示すよう
に、ワーク１０に装着される測定ヘッド１６と、その測
定ヘッド１６から出力された測定データを解析する管制
部１８とから構成されている。
【００１８】測定ヘッド１６は、図１に示すように、一
対のフィンガ１６Ａ、１６Ａを有している。フィンガ１
６Ａ、１６Ａは、それぞれ測定ヘッド１６本体内に設け
られた支点を中心に揺動自在に支持されており、その先
端部にはコンタクト１６Ｂ、１６Ｂが取り付けられてい
る。コンタクト１６Ｂ、１６Ｂは、測定に際して、その
先端部がワーク１０の外周面に当接される。研削により
ワーク１０の寸法が変化すると、そのワーク１０の寸法
の変化に応じてフィンガ１６Ａ、１６Ａが揺動する。そ
して、そのフィンガ１６Ａ、１６Ａの変位が、測定ヘッ
ド１６本体内に設けられた差動トランスによって電気信
号として検出され、管制部１８に出力される。
【００１９】一方、管制部１８は、タッチパネル２０、
ＣＰＵ２４、メモリ２８、整流回路３０、ＡＤコンバー
タ３２及び入出力回路３４を備えている。
【００２０】前記測定ヘッド１６から出力されたフィン
ガ１６Ａ、１６Ａの変位量を示す電気信号は、整流回路
３０で整流されたのち、ＡＤコンバータ３２に取り込ま
れてディジタル信号に変換される。そして、このディジ
タル信号に変換された測定データに基づいて、ＣＰＵ２
４がワーク１０の寸法を算出する。
【００２１】また、ＣＰＵ２４は、その算出したワーク
１０の寸法が、あらかじめ設定した寸法に達したか否か
の判定を行う。そして、その判定の結果、ワーク１０の
寸法が、あらかじめ設定した寸法に達したと判断した場
合には、入出力回路（外部インターフェース）３４を介
して研削盤制御装置１４に信号を出力する。研削盤制御
装置１４は、この信号に基づいてワーク１０及び砥石１
２を制御する。
【００２２】すなわち、図３に示すように、ワーク１０
の寸法が、あらかじめ設定した第１の取り代（図３中
Ａ）に達すると、ＣＰＵ２４から入出力回路３４を介し
て研削盤制御装置１４に第１の信号が出力される。研削
盤制御装置１４は、この第１の信号を入力することによ
って、ワーク１０の加工を粗研から精研に切り替える。
加工が進行し、ワーク１０の寸法が、あらかじめ設定し
た第２の取り代（図３中Ｂ）に達すると、ＣＰＵ２４か
ら入出力回路３４を介して研削盤制御装置１４に第２の
信号（以下、『スパークアウト信号』という。）が出力
される。研削盤制御装置１４は、このスパークアウト信
号を入力することによって、ワーク１０の加工を精研か
らスパークアウトに切り替える。その後、ワーク１０の
寸法が、あらかじめ設定した第３の取り代（図３中Ｃ）
に達すると、ＣＰＵ２４から入出力回路３４を介して研
削盤制御装置１４に第３の信号（以下、『定寸信号』と
いう。）が出力される。研削盤制御装置１４は、この定
寸信号が入力されることによって、砥石１２をワーク１
０から後退し、加工を終了する。
【００２３】なお、前記第１〜第３の取り代はメモリ２
８に記憶されており、オペレータが、あらかじめ加工開
始前に管制部１８のタッチパネル２０から入力してお
く。
【００２４】以上のように、本実施の形態の自動定寸装
置は自動定寸機能を備えている。そして、本実施の形態
の自動定寸装置は、この自動定寸機能に加えてワーク１
０の真円度を測定する真円度測定機能も有している。真
円度測定は、図５に示すフローチャートに従って次のよ
うに行われる。
【００２５】管制部１８は、研削盤制御装置１４にスパ
ークアウト信号を出力すると（ステップＳ１０）、測定
ヘッド１６からワーク１０の回転角度に対応する測定デ
ータのサンプリングを開始する（ステップＳ１１）。そ
して、そのサンプリングデータを所定時間おきにメモリ
２８に記憶する（ステップＳ１２）。
【００２６】上述したように、加工が進行してワーク１
０の寸法が、あらかじめ設定した第３の取り代（図３
Ｃ）に達すると、管制部１８から研削盤制御装置１４に
定寸信号が出力される（ステップＳ１３）。
【００２７】ここで、定寸信号を出力した管制部１８
は、定寸加工直後の真円度の測定を行う必要があるか否
かを判定する（ステップＳ１４）。そして、必要がある
と判断した場合には、定寸加工直後の測定データを所定
時間サンプリングし、そのサンプリングデータをメモリ
２８に記憶する（ステップＳ１５）。
【００２８】一方、定寸加工直後の真円度の測定を行う
必要がないと判断した場合には、定寸加工直前のサンプ
リングデータに基づいて真円度解析処理を実行する。す
なわち、まず、定寸信号を出力する直前にサンプリング
した１回転分の測定データのフィルタ処理を行い、その
フィルタ処理されたデータからワーク１０の各回転角度
に対応する半径を算出する。そして、その算出結果を、
図４に示すように、タッチパネル２０の表示画面上に形
成された極座標表示部２０Ａに極座標表示する。また、
これと同時に、得られたワーク１０の半径の最大値と最
小値の差を求め真円度を算出し、その算出結果をタッチ
パネル２０の表示画面上に形成されたＰ−Ｐ値表示部２
０Ｂに表示する（ステップＳ１６）。
【００２９】また、定寸加工直後の真円度の測定を行う
場合は、定寸加工直後にサンプリングした１回転分の測
定データに基づいて真円度解析処理を実行する。すなわ
ち、まず、定寸加工直後にサンプリングした測定データ
のフィルタ処理を行い、そのフィルタ処理されたデータ
からワーク１０の各回転角度に対応する半径を算出す
る。そして、その算出結果を、図４に示したタッチパネ
ル２０の表示画面上に形成された極座標表示部２０Ａに
極座標表示する。また、これと同時に、得られたワーク
１０の半径の最大値と最小値の差を求め真円度を算出
し、その算出結果をタッチパネル２０の表示画面上に形
成されたＰ−Ｐ値表示部２０Ｂに表示する（ステップＳ
１６）。
【００３０】以上のように、本実施の形態の自動定寸装
置によれば、定寸加工直前又は定寸加工直後に真円度測
定を行うこともできる。このように、定寸加工直前に真
円度測定を行うことにより、サイクルタイムに影響しな
いでワーク１０を更に効率よく処理することができる。
【００３１】なお、定寸加工直前に真円度測定を実施す
るか、定寸加工直後に真円度測定を実施するかは、オペ
レータがタッチパネル２０等から入力して設定する。こ
の際、設定はワーク１０の加工開始前にあらかじめ行っ
ておいてもよいし、加工中又は加工後に選択して設定す
るようにしてもよい。
【００３２】ところで、上述したように本実施の形態の
自動定寸装置では、インラインでワーク１０の真円度を
測定することができるが、この測定データを利用して、
加工したワーク１０の真円度の良否を判定することもで
きる。すなわち、管制部１８は、前記のごとく真円度解
析して算出した真円度を、設定した真円度の上限値と比
較し、上限値を越えていなければ、図４に示すように、
極座標表示と共にタッチパネル２０の表示画面上に形成
された判定部２０Ｃに『ＯＫ』と表示する。そして、算
出した真円度が上限値を越えていれば、前記判定部２０
Ｃに『ＮＧ』と表示する。
【００３３】このように本実施の形態の自動定寸装置に
よれば、インラインでワーク１０の真円度の良否も判定
することができる。なお、このように判定した結果を必
要に応じて外部の機器に出力するようにしてもよい。こ
れにより、不良品をラインから除去する等の処理を行う
ことができる。
【００３４】なお、真円度の上限値の設定は、オペレー
タがタッチパネル２０等から入力して行う。この際、設
定はワーク１０の加工開始前にあらかじめ行っておいて
もよいし、加工中又は加工後に行ってもよい。
【００３５】また、フィルタ処理したワーク１０の半径
データを高速フーリエ変換して各周波数成分に分けて解
析し（以下、『ＦＦＴ解析』という）、その結果を図６
に示すように、タッチパネル２０上にパワースペクトル
表示するようにしてもよい。これにより、インラインで
真円度の不良の原因を成分分析することができる。一般
的に真円度では楕円、三角など低次の山成分における振
幅が大きいために、びびりとされる２０山、３０山の振
幅を消してしまうが、ＦＦＴ解析を使用すれば、各山数
における振幅が明確になるため、びびりと特定した山数
の振幅成分に対して解析ができる点が有効である。
【００３６】さらに、ＦＦＴ解析して得られた特定周波
数の振幅と、設定した当該周波数の振幅の上限値とを比
較して、ワーク１０の真円度の良否及び研削条件の良否
を自動で判定するようにしてもよい。すなわち、管制部
１８は、ＦＦＴ解析の結果得られた特定周波数の振幅
と、設定した当該周波数の振幅の上限値とを比較する。
そして、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ＦＦＴ解析
の結果得られた特定周波数の振幅が、設定した上限値を
越えていなければ、タッチパネル２０の表示画面上に形
成されたＦＦＴ解析結果判定部Ｄに『ＯＫ』と表示し、
算出した真円度が上限値を越えていれば、前記ＦＦＴ解
析結果判定部２０Ｄに『ＮＧ』と表示する。
【００３７】なお、図７の例では、判定範囲の山数（周
波数）３〜８の成分の振幅の上限値が５μｍと設定さ
れ、判定範囲の山数１５〜２５の成分の振幅の上限値が
３μｍと設定されている。そして、山数３〜８の成分の
振幅の測定結果が８．０μｍであったため、ＦＦＴ解析
結果判定部２０Ｄには『ＮＧ』と表示され、山数１５〜
２５の成分の振幅の測定結果が２．０μｍであったた
め、ＦＦＴ解析結果判定部２０Ｄには『ＯＫ』と表示さ
れている。
【００３８】このようにしてインラインでワーク１０の
真円度の良否及び研削条件の良否を自動で判定すること
ができる。なお、このように判定した結果を必要に応じ
て外部の機器に出力するようにしてもよい。これによ
り、不良品をラインから除去する等の処理を施すことが
できる。
【００３９】なお、振幅の上限値の設定は、オペレータ
がタッチパネル２０等から入力して行う。この際、設定
はワーク１０の加工開始前にあらかじめ行っておいても
よいし、加工中又は加工後に行ってもよい。
【００４０】また、本実施の形態では、周波数解析手段
は、半径データを高速フーリエ変換解析するようにして
いるが、他の解析方法を使用してもよい。
【００４１】図８は、第２の実施の形態の自動寸法計測
装置を示す全体構成図であり、図１に示した第１の実施
の形態の自動寸法計測装置と同一又は類似の部材につい
ては同一の符号を付してその説明は省略する。
【００４２】第１の実施の形態の自動寸法計測装置に対
する第２の実施の形態の自動寸法計測装置の相違点は、
測定ヘッド４０を設けた点である。測定ヘッド４０は、
フィンガ４０Ａを有し、このフィンガ４０Ａは、測定ヘ
ッド４０本体内に設けられた支点を中心に揺動自在に支
持されている。フィンガ４０Ａの先端部にはコンタクト
４０Ｂが取り付けられ、このコンタクト４０Ｂの先端部
が、測定に際して、ワーク１０の外周面に当接される。
研削によりワーク１０の寸法が変化すると、そのワーク
１０の寸法の変化に応じてフィンガ４０Ａが揺動する。
そして、そのフィンガ４０Ａの変位が、測定ヘッド４０
本体内に設けられた差動トランスによって電気信号とし
て検出され、管制部１８に出力される。
【００４３】図９に示すように、管制部１８は、研削盤
制御装置１４にスパークアウト信号を出力すると（ステ
ップＳ２０）、測定ヘッド１６及び測定ヘッド４０から
ワーク１０の回転角度に対応する測定データのサンプリ
ングを開始する（ステップＳ２１）。そして、そのサン
プリングデータを所定時間おきにメモリ２８に記憶する
（ステップＳ２２）。
【００４４】上述したように、加工が進行してワーク１
０の寸法が、あらかじめ設定した第３の取り代に達する
と、管制部１８から研削盤制御装置１４に定寸信号が出
力される（ステップＳ２３）。
【００４５】ここで、定寸信号を出力した管制部１８
は、定寸加工直後の真円度の測定を行う必要があるか否
かを判定する（ステップＳ２４）。そして、必要がある
と判断した場合には、定寸加工直後の測定データを所定
時間サンプリングし、そのサンプリングデータをメモリ
２８に記憶する（ステップＳ２５）。
【００４６】また、定寸加工直後の真円度の測定を行う
必要がないと判断した場合には、定寸加工直前のサンプ
リングデータ、即ち、定寸信号を出力する直前にサンプ
リングした１回転分の測定データに基づいて以下の処理
を行う。
【００４７】次いで、メモリ２８に記憶されたデータ、
又は、定寸加工直前のサンプリングデータのフィルタリ
ング処理を行う（ステップ２６）。フィルタリング処理
は、例えば、ユーザによって所定のカットオフ値に設定
され、短波長のノイズ成分や、解析に必要な波長域以外
の帯域等を除去する処理である。そして、フィルタリン
グ処理後、測定ヘッド１６で測定した測定データからワ
ーク１０の軸心を検出し、測定データの偏心補正を行
う。（ステップＳ２７）。
【００４８】次いで、測定ヘッド１６及び測定ヘッド４
０で測定した測定データのサンプリングを用いて、ワー
ク１０の回転誤差を除去する（ステップ２８）。ワーク
１０の回転誤差は、後に詳説する３点法に基づいて行
う。これにより、ワーク１０の触れに伴う、ワーク１０
の軸の回転誤差が除去される。
【００４９】次にワーク１０の中心と同軸の内接円と外
接円との半径差を求め、真円度を算出する（ステップ２
９）。そして、ワーク１０の各回転角に対応する半径の
算出結果を、タッチパネル２０の表示画面上に形成され
た極座標表示部２０Ａに極座標表示する。これと同時
に、真円度の算出結果をタッチパネル２０の表示画面上
に形成されたＰ−Ｐ値表示部２０Ｂに表示する（ステッ
プＳ３０）。
【００５０】次に、ワーク回転誤差を除去する３点法の
測定原理について説明する。
【００５１】図１０に示すように、ワークの周囲に三つ
の測定ヘッドＡ、Ｂ、Ｃを設置し、この測定ヘッドＡと
Ｂ、測定ヘッドＡとＣのなす角をそれぞれφ、τとす
る。また、三つの測定ヘッドＡ、Ｂ、Ｃの軸の交点をＯ
とし、この交点Ｏが被測定物の回転中心の近傍にあると
する。さらに、交点Ｏを原点とし、測定ヘッドＡとＹ軸
が一致するように直交座標系ＸＹをとる。そして、円周
上の基点Ｐから時計方向にθをとり、平均半径ｒ0 を基
準とした形状の半径方向の誤差をｒ（θ）とする。基点
Ｐを測定ヘッドＡの測定点から始めて反時計方向にθ回
転した時、測定ヘッドＡ、Ｂ、Ｃの変位出力はそれぞ
れ、 ＳA （θ）＝ｒ（θ）＋ｙ（θ） …（１） ＳB （θ）＝ｒ（θ−φ）＋ｙ（θ）cos φ−ｘ（θ）sin φ …（２） ＳC （θ）＝ｒ（θ−τ）＋ｙ（θ）cos τ−ｘ（θ）sin τ …（３） で表される。ここで、ｙ（θ）、ｘ（θ）はそれぞれ回
転誤差のＸ成分、Ｙ成分を表している。式（１）、式
（２）、式（３）から回転誤差項を除去すると、差動出
力Ｓ（θ）は、以下の式で表される。
【００５２】 Ｓ（θ）＝ＳA （θ）＋ａＳB （θ）＋ｂＳC （θ） ＝ｒ（θ）＋ａｒ（θ−φ）＋ｂｒ（θ−τ） …（４） ただし、ａ＝−sin τ／sin （τ−φ）、ｂ＝sin φ／sin （τ−φ） この式（４）は、ワーク１０の回転誤差成分とワーク１
０の形状成分とを完全に分離し、ワーク１０の回転誤差
成分を除去している。したがって、式（４）でＳ（θ）
を算出すると、ワーク１０の形状を正確に求めることが
できる。
【００５３】このように、本実施の形態の自動寸法計測
装置は、測定ヘッド１６と測定ヘッド４０とによってワ
ーク１０の寸法を３点で測定し、３点法によってデータ
を補正するようにしたので、ワーク１０の形状を正確に
求めることができ、精度良く真円度を求めることができ
る。
【００５４】図１１は、本発明に係る自動寸法計測装置
の第３の実施の形態を示す全体構成図であり、第３の実
施の形態の自動寸法計測装置は、旋盤に適用された自動
検測装置の例を示している。
【００５５】旋盤１１２は、回転するワーク１１０にバ
イトを当接させてワーク１１０の内周部や外周部を切削
する工作機械である。この旋盤１１２において、ワーク
１１０は図示しない主軸に設けられたチャックに保持さ
れており、該主軸に連結された図示しないモータを駆動
することにより回転する。ここで、ワーク１１０は、そ
の回転速度が旋盤制御装置１１４に制御されており、ま
た、バイトは、その送りが旋盤制御装置１１４によって
制御されている。
【００５６】一方、自動検測装置は、旋盤１１２による
加工後にワーク１１０の寸法を測定してワーク１１０の
選別を行うとともに、その測定した寸法を旋盤１１２に
フィードバックして加工条件の補正を行う。この自動検
測装置は、図１１及び図１２に示すように、ワーク１１
０に装着される測定ヘッド１１６と、その測定ヘッド１
１６から出力された測定データを解析する管制部１１８
とから構成されている。
【００５７】前記測定ヘッド１１６は、一対のフィンガ
１１６Ａ、１１６Ａを備えている。フィンガ１１６Ａ、
１１６Ａは、それぞれ測定ヘッド１１６本体内に設けら
れた支点を中心に揺動自在に支持されており、その先端
部にはコンタクト１１６Ｂ、１１６Ｂが取り付けられて
いる。測定に際して、コンタクト１１６Ｂ、１１６Ｂは
回転するワーク１１０の内周面又は外周面に当接され、
このときのフィンガ１１６Ａ、１１６Ａの変位量が測定
ヘッド１１６本体内に設けられた差動トランスによって
電気信号として検出されて管制部１１８に出力される。
【００５８】前記管制部１１８は、主としてタッチパネ
ル１２０、ＣＰＵ１２４、メモリ１２８、整流回路１３
０、ＡＤコンバータ１３２及び入出力回路１３４から構
成されている。前記測定ヘッド１１６から出力されたフ
ィンガ１１６Ａ、１１６Ａの変位量を示す電気信号は、
整流回路１３０で整流されたのち、ＡＤコンバータ１３
２に取り込まれてディジタル信号に変換される。そし
て、このディジタル信号に変換された測定データに基づ
いてＣＰＵ１２４がワーク１１０の寸法を算出する。Ｃ
ＰＵ１２４は算出したワーク１１０の寸法（測定寸法）
と公差とを比較してワーク１１０の合否判定を行い、Ｎ
Ｇワークを分類する。また、これと同時に入出力回路１
３４を介して旋盤制御装置１１４に測定寸法を出力す
る。旋盤制御装置１１４は、この測定寸法に基づいて旋
盤１１２の刃先位置やワーク位置等の補正を行う。
【００５９】以上説明したように本実施の形態の自動検
測装置は旋盤１１２で加工されたワーク１１０の寸法を
測定してワーク１１０の選別を行うとともに、その測定
寸法を旋盤１１２にフィードバックして加工条件の補正
を行う。そして、本実施の形態の自動検測装置は、上記
の自動検測機能に加えてワーク１１０の真円度を測定す
る真円度測定機能を有している。この真円度測定は、図
１３に示すフローチャートに従って次のように行われ
る。
【００６０】旋盤１１２によるワーク１１０の加工が終
了すると（ステップＳ１１０）、管制部１１８は、旋盤
制御装置１１４に回転開始信号を出力する。旋盤制御装
置１１４は、この信号に基づいてワーク１１０を所定の
角速度で回転させる（ステップＳ１１１）。
【００６１】次に、管制部１１８は、測定ヘッド１１６
からワーク１１０の各回転角度に対応する測定データの
サンプリングを開始する（ステップＳ１１２）。そし
て、そのサンプリングデータを所定時間おきにメモリ１
２８に記憶する（ステップＳ１１３）。
【００６２】サンプリングはワーク１回転分行い（ステ
ップＳ１１４）、その後、管制部１１８は、そのサンプ
リングデータに基づいて真円度解析処理を実行する。
【００６３】すなわち、まず、サンプリングしたワーク
１回転分の測定データのフィルタ処理を行う。次いで、
そのフィルタ処理されたデータからワーク１１０の各回
転角度に対応する半径を算出する。そして、図１４に示
すように、その算出結果をタッチパネル１２０の表示画
面上の極座標表示部１２０Ａに極座標表示する。また、
これと同時に得られたワーク１１０の半径の最大値と最
小値の差を求め真円度を算出する。そして、その算出結
果をタッチパネル１２０の表示画面上のＰ−Ｐ値表示部
１２０Ｂに表示する（ステップＳ１１５）。
【００６４】以上により真円度測定は終了し、管制部１
１８は旋盤制御装置１１４に回転停止信号を出力してワ
ーク１１０の回転を停止させる（ステップＳ１１６）。
【００６５】以上のように本実施の形態の自動検測装置
によれば、自動検測機能に加えて真円度測定機能が備え
られている。これにより、加工後にワーク１１０を別途
真円度測定機に搬送してワーク１１０の真円度測定を行
う必要がなくなり、生産ライン等で順次加工されるワー
ク全ての真円度測定を行うことができる。
【００６６】ところで、上述したように本実施の形態の
自動検測装置ではワーク１１０の真円度測定を行うこと
ができるが、この真円度測定データを利用して加工した
ワーク１１０の真円度の良否の判定を行うこともでき
る。すなわち、管制部１１８は、前記のごとく真円度解
析を実行して得られた真円度をオペレータが設定した真
円度の上限値と比較する。そして、上限値を越えていな
ければ、図１４に示すようにタッチパネル１２０の表示
画面上の判定部１２０Ｃに『ＯＫ』と表示する。一方、
得られた真円度が上限値を越えていれば、前記判定部１
２０Ｃに『ＮＧ』と表示する。
【００６７】このように本実施の形態の自動検測装置に
よれば、ワーク１１０の真円度の良否も判定することが
できる。なお、このように判定した結果を必要に応じて
外部の機器に出力するようにしてもよい。これにより、
不良品をラインから除去する等の処理を行うことができ
る。
【００６８】なお、真円度の上限値の設定はオペレータ
がタッチパネル１２０等から入力して行う。この際、設
定は測定開始前にあらかじめ行っておいてもよいし、測
定中あるいは測定後に行ってもよい。
【００６９】また、フィルタ処理したワーク１１０の半
径データを高速フーリエ変換して各周波数成分に分けて
解析し（以下、『ＦＦＴ解析』という）、その結果を図
１５に示すようにタッチパネル１２０上にパワースペク
トル表示するようにしてもよい。これにより真円度の不
良の原因を成分分析することができる。一般的に真円度
では楕円、三角など低次の山成分における振幅が大きい
ために、びびりとされる２０山、３０山の振幅を消して
しまうが、ＦＦＴ解析を使用すれば、各山数における振
幅が明確になるため、びびりと特定した山数の振幅成分
に対して解析ができる点が有効である。
【００７０】さらに、ＦＦＴ解析して得られた特定周波
数の振幅と、設定した当該周波数の振幅の上限値とを比
較して、ワーク１１０の真円度の良否及び研削条件の良
否を自動で判定するようにしてもよい。すなわち、管制
部１１８は、ＦＦＴ解析の結果得られた特定周波数の振
幅と、オペレータが設定した当該周波数の振幅の上限値
とを比較する。そして、図１６（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、ＦＦＴ解析の結果得られた特定周波数の振幅が前
記上限値を越えていなければ、タッチパネル１２０の表
示画面上のＦＦＴ解析結果判定部１２０Ｄに『ＯＫ』と
表示する。一方、ＦＦＴ解析の結果得られた特定周波数
の振幅が前記上限値を越えていれば、前記ＦＦＴ解析結
果判定部１２０Ｄに『ＮＧ』と表示する。
【００７１】なお、図１６の例では判定範囲の山数（周
波数）３〜８の成分の振幅の上限値が５μｍと設定さ
れ、判定範囲の山数１５〜２５の成分の振幅の上限値が
３μｍと設定されている。そして、山数３〜８の成分の
振幅の測定結果は８．０μｍであったため、ＦＦＴ解析
結果判定部１２０Ｄには『ＮＧ』と表示され、山数１５
〜２５の成分の振幅の測定結果は２．０μｍであったた
め、ＦＦＴ解析結果判定部１２０Ｄには『ＯＫ』と表示
されている。
【００７２】以上のようにしてワーク１１０の真円度の
良否及び加工条件の良否を自動で判定することができ
る。なお、このように判定した結果を必要に応じて外部
の機器に出力するようにしてもよい。これにより、不良
品をラインから除去する等の処理を施すことができる。
【００７３】なお、振幅の上限値の設定は、オペレータ
がタッチパネル１２０等から入力して行う。この際、設
定は測定開始前にあらかじめ行っておいてもよいし、測
定中あるいは測定後に行ってもよい。
【００７４】また、本実施の形態では、周波数解析手段
は半径データを高速フーリエ変換解析するようにしてい
るが、他の解析方法を使用してもよい。
【００７５】さらに、本実施の形態では、ワーク１１０
を旋盤１１２の主軸に設けられたチャックに保持した状
態でワーク１１０を測定するようにしているが（機内測
定）、旋盤１１２とは別の回転駆動手段にワーク１１０
を保持させて測定するようにしてもよい（機外測定）。
すなわち、ワーク１１０を旋盤１１２で加工したのち、
当該旋盤１１２のチャックからワーク１１０を取り外
し、旋盤１１２とは別の回転駆動手段のチャックに取り
付ける。そして、同様にワーク１１０を軸芯回りに回転
させて、本実施の形態の自動検測装置で検測と真円度測
定を実施するようにしてもよい。このとき旋盤１１２か
ら取り外したワーク１１０を回転駆動手段のチャックに
取り付ける際に、ワーク１１０の中心が回転駆動手段の
回転中心からズレて取り付けられる場合があるので、こ
の場合は偏心補正を行う。すなわち、サンプリングした
ワーク１回転分の測定データのフィルタ処理を行ったの
ち、測定データからワーク１１０の軸芯を検出して偏心
量（回転駆動手段の回転中心に対するワーク１１０の軸
芯のズレ量）を算出し、測定データの偏心補正を行う。
そして、その偏心補正した測定データからワーク１１０
の各回転角度に対応する半径を算出して、その算出結果
をタッチパネル１２０の表示画面上の極座標表示部１２
０Ａに極座標表示する。
【００７６】なお、上述した実施の形態のように機内測
定を実施することにより、加工されたワーク１１０を別
途機外の検測装置に搬送する必要がなくなり、効率よく
ワーク１１０を加工処理することができる。また、芯ズ
レの発生がないので、加工されたワーク１１０を精度よ
く測定することができる。
【００７７】また、上記の実施の形態では、本発明に係
る自動検測装置を旋盤に適用した例で説明しているが、
他の工作機械にも適用することができる。
【００７８】図１７は、第４の実施の形態の自動寸法計
測装置を示す全体構成図であり、図１１に示した第３の
実施の形態の自動寸法計測装置と同一又は類似の部材に
ついては同一の符号を付してその説明は省略する。
【００７９】第３の実施の形態の自動寸法計測装置に対
する第４の実施の形態の自動寸法計測装置の相違点は、
測定ヘッド１４０を設けた点である。測定ヘッド１４０
は、フィンガ１４０Ａを有し、このフィンガ１４０Ａ
は、測定ヘッド１４０本体内に設けられた支点を中心に
揺動自在に支持されている。フィンガ１４０Ａの先端部
にはコンタクト１４０Ｂが取り付けられ、このコンタク
ト１４０Ｂの先端部が、測定に際して、ワーク１１０の
外周面に当接される。研削によりワーク１１０の寸法が
変化すると、そのワーク１１０の寸法の変化に応じてフ
ィンガ１４０Ａが揺動する。そして、そのフィンガ１４
０Ａの変位が、測定ヘッド１４０本体内に設けられた差
動トランスによって電気信号として検出され、管制部１
１８に出力される。
【００８０】図１８に示すように、管制部１１８は、旋
盤１１２によるワーク１１０の加工が終了すると（ステ
ップＳ１２０）、管制部１１８は、旋盤制御装置１１４
に回転開始信号を出力する。旋盤制御装置１１４は、こ
の信号に基づいてワーク１１０を所定の角速度で回転さ
せる（ステップＳ１２１）。
【００８１】次に、管制部１１８は、測定ヘッド１１６
及び測定ヘッド１４０からワーク１１０の各回転角度に
対応する測定データのサンプリングを開始する（ステッ
プＳ１２２）。そして、そのサンプリングデータを所定
時間おきにメモリ１２８に記憶する（ステップＳ１２
３）。
【００８２】サンプリングはワーク１回転分行い（ステ
ップＳ１２４）、その後、管制部１１８は、そのサンプ
リングデータに基づいて真円度解析処理を実行する。
【００８３】すなわち、まず、サンプリングしたワーク
１回転分の測定データのフィルタリング処理を行う（ス
テップＳ１２５）。フィルタリング処理は、例えば、ユ
ーザによって所定のカットオフ値に設定され、短波長の
ノイズ成分や、解析に必要な波長域以外の帯域等を除去
する処理である。
【００８４】次いで、測定ヘッド１１６で測定した測定
データからワーク１１０の軸心を検出し、測定データの
偏心補正を行う（ステップＳ１２６）。
【００８５】次いで、測定ヘッド１１６及び測定ヘッド
１４０で測定した測定データのサンプリングを用い、３
点法に基づいてワーク回転誤差を除去する（ステップ１
２７）。これにより、ワーク１０の回転誤差成分が除去
されるので、ワーク１０の形状を正確に求めることがで
きる。
【００８６】次にワーク１０の中心と同軸の内接円と外
接円との半径差を求め、真円度を算出する（ステップ１
２８）。そして、ワーク１１０の各回転角に対応する半
径の算出結果を、タッチパネル１２０の表示画面上に形
成された極座標表示部１２０Ａに極座標表示する。これ
と同時に、真円度の算出結果をタッチパネル１２０の表
示画面上に形成されたＰ−Ｐ値表示部１２０Ｂに表示す
る（ステップＳ１２９）。
【００８７】以上により真円度測定は終了し、管制部１
１８は旋盤制御装置１１４に回転停止信号を出力してワ
ーク１１０の回転を停止させる（ステップＳ１３０）。
【００８８】このように、本実施の形態の自動寸法計測
装置は、測定ヘッド１６と測定ヘッド４０とによってワ
ーク１０の寸法を３点で測定し、３点法によってデータ
を補正するようにしたので、ワーク１０の形状を正確に
求めることができ、精度の良い真円度を求めることがで
きる。
【００８９】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る真円度
測定機能を有する自動寸法計測装置によれば、インライ
ンで使用される自動寸法計測装置に真円度測定を行う機
能を搭載し、自動寸法計測装置においてワークの真円度
を測定できるようにしたため、ワークを工作機械から外
すことなくインラインで真円度の測定を行うことができ
る。
【００９０】また、本発明によれば、工作機械で加工さ
れたワークを検測する自動寸法計測装置に真円度測定を
行う機能が備えられているので、別途、真円度測定機で
ワークの真円度測定をする必要がなくなる。これによ
り、生産ライン等で順次加工される全てのワークに対し
て真円度測定を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動寸法計測装置の第１の実施の
形態を示す全体構成図
【図２】図１に示した自動定寸装置の構成を示すブロッ
ク図
【図３】図１に示した円筒研削盤の動作手順を示す説明
図
【図４】真円度測定が極座標表示されたタッチパネルの
出力画面
【図５】定寸加工直前又は定寸加工直後に真円度を算出
する場合の管制部の処理手順を示したフローチャート
【図６】ＦＦＴ解析の結果がパワースペクトル表示され
たタッチパネルの出力画面
【図７】ＦＦＴ解析の結果に基づくワークの真円度の良
否の判定結果が表示されたタッチパネルの出力画面
【図８】本発明に係る自動寸法計測装置の第２の実施の
形態を示す全体構成図
【図９】図８に示した自動寸法計測装置の管制部の処理
手順を示すフローチャート
【図１０】図８に示した自動寸法計測装置の測定原理を
示す説明図
【図１１】本発明に係る自動寸法計測装置の第３の実施
の形態を示す全体構成図
【図１２】図１１に示した自動検測装置の構成を示すブ
ロック図
【図１３】真円度を算出する場合の管制部の処理手順を
示したフローチャート
【図１４】真円度測定が極座標表示されたタッチパネル
の出力画面
【図１５】ＦＦＴ解析の結果がパワースペクトル表示さ
れたタッチパネルの出力画面
【図１６】ＦＦＴ解析の結果に基づくワークの真円度の
良否の判定結果が表示されたタッチパネルの出力画面
【図１７】本発明に係る自動寸法計測装置の第４の実施
の形態を示す全体構成図
【図１８】図１７に示した自動寸法計測装置の管制部の
処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１０…ワーク、１２…砥石、１４…研削盤制御装置、１
６…測定ヘッド、１８…管制部、２０…タッチパネル、
４０…測定ヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F069 AA21 AA39 AA56 DD15 DD16 DD25 EE11 GG01 GG06 GG50 GG58 GG72 GG77 GG78 HH02 HH04 JJ17 LL04 MM04 MM40 NN02 NN07 NN08 NN09 QQ07 3C029 BB03 3C034 AA01 CA02 CA30 DD01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 工作機械によるワークの加工中に、前記
    ワークの寸法を測定し、該ワークの寸法が、あらかじめ
    設定した寸法に達すると、前記工作機械に加工の停止を
    指示する自動寸法計測装置において、 前記ワークの回転角度に対応する半径データを測定する
    半径データ測定手段と、 前記半径データ測定手段で測定した半径データを記憶す
    る記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された半径データに基づいて真円度
    解析を実行し、前記ワークの真円度を算出する真円度演
    算手段と、を備えていることを特徴とする真円度測定機
    能を有する自動寸法計測装置。
  2. 【請求項２】 工作機械による加工後にワークを回転駆
    動手段で回転させてその寸法を測定し、その測定データ
    に基づいて前記ワークを選別、又は、その測定データを
    前記工作機械にフィードバックする自動寸法計測装置に
    おいて、 前記ワークの回転角度に対応する半径データを測定する
    半径データ測定手段と、 前記半径データ測定手段で測定した半径データを記憶す
    る記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された半径データに基づいて真円度
    解析を実行し、前記ワークの真円度を算出する真円度演
    算手段と、を備えていることを特徴とする真円度測定機
    能を有する自動寸法計測装置。
  3. 【請求項３】 前記真円度演算手段は、前記ワークの加
    工終了直前に前記記憶手段に記憶された半径データに基
    づいて真円度解析を実行し、前記ワークの真円度を算出
    することを特徴とする請求項１記載の真円度測定機能を
    有する自動寸法計測装置。
  4. 【請求項４】 前記真円度演算手段は、前記ワークの加
    工終了直後に前記記憶手段に記憶された半径データに基
    づいて真円度解析を実行し、前記ワークの真円度を算出
    することを特徴とする請求項１記載の真円度測定機能を
    有する自動寸法計測装置。
  5. 【請求項５】 前記自動寸法計測装置は、前記記憶手段
    に記憶された半径データに基づいて前記回転駆動手段の
    回転中心又は工作機器の主軸の回転中心に対する前記ワ
    ークの軸芯の偏心量を算出し、補正する補正手段を備え
    ていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の
    真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
  6. 【請求項６】 前記自動寸法計測装置は、前記真円度演
    算手段による演算値と、設定された上限値とを比較し、
    前記演算値が前記上限値を越えている場合は、前記ワー
    クを不良品と判定する判定手段を備えていることを特徴
    とする請求項１、２、３、４又は５記載の真円度測定機
    能を有する自動寸法計測装置。
  7. 【請求項７】 前記真円度演算手段は、所定の周波数領
    域を抽出するフィルタ処理手段を備えていることを特徴
    とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の真円度測
    定機能を有する自動寸法計測装置。
  8. 【請求項８】 前記真円度演算手段は、前記記憶手段に
    記憶された半径データを周波数解析する周波数解析手段
    を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、
    ５、６又は７記載の真円度測定機能を有する自動寸法計
    測装置。
  9. 【請求項９】 前記周波数解析手段は、前記記憶手段に
    記憶された半径データを高速フーリエ変換解析すること
    を特徴とする請求項８記載の真円度測定機能を有する自
    動寸法計測装置。
  10. 【請求項１０】 前記半径データ測定手段は、前記ワー
    クの寸法を３点以上で測定し、該半径データ測定手段で
    測定した３点以上の測定値を用いてワークの回転誤差を
    除去演算する除去演算手段を備えていることを特徴とす
    る請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の
    真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
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