JP2003117778A - 工作機械の精度測定装置 - Google Patents
工作機械の精度測定装置Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
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- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】工作機械の精度を効率良く、しかも低コストで
測定し得る精度測定装置を提供する。 【解決手段】工作機械１０の主軸１５に装着され、光軸
が主軸軸線と同軸の光を照射する投光手段２と、投光手
段２に対向して配置され、投光手段から照射される光を
受光して２次元画像データを生成する撮像手段３と、得
られた画像データを基に、工作機械１０の精度を解析す
る解析手段４とを備える。
測定し得る精度測定装置を提供する。 【解決手段】工作機械１０の主軸１５に装着され、光軸
が主軸軸線と同軸の光を照射する投光手段２と、投光手
段２に対向して配置され、投光手段から照射される光を
受光して２次元画像データを生成する撮像手段３と、得
られた画像データを基に、工作機械１０の精度を解析す
る解析手段４とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸振
れ精度や送り機構部の送り直線性を測定するための精度
測定装置に関する。
れ精度や送り機構部の送り直線性を測定するための精度
測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】主軸の
振れ精度や送り機構部の送り直線性は、加工精度に直接
影響を与えるため、通常、工作機械メーカからユーザに
向けて出荷される前に検査され、所定の基準値を満たす
ように調整されている。
振れ精度や送り機構部の送り直線性は、加工精度に直接
影響を与えるため、通常、工作機械メーカからユーザに
向けて出荷される前に検査され、所定の基準値を満たす
ように調整されている。
【０００３】かかる振れ精度の測定方法としては、従
来、高精度に仕上げられた外周面を持つ円柱状のテスト
ツール、或いは真球を軸に取り付けたテストツールを主
軸穴のテーパ部に装着し、これを軸中心に回転させて、
前記テストツール外周面の変位を測定し、測定された変
位量からテストツールの振れを検出するといった方法が
一般的に採用されている。また、この他に、主軸端の軸
心に、小径の放物面鏡を取り付け、光軸を軸心近傍に合
わせるようにセットした顕微鏡からの光を放物面鏡に反
射させ、反射光を顕微鏡に取り込んでフィルム上に撮影
した結果から、軸心の振れを求めるといった方法も知ら
れている。
来、高精度に仕上げられた外周面を持つ円柱状のテスト
ツール、或いは真球を軸に取り付けたテストツールを主
軸穴のテーパ部に装着し、これを軸中心に回転させて、
前記テストツール外周面の変位を測定し、測定された変
位量からテストツールの振れを検出するといった方法が
一般的に採用されている。また、この他に、主軸端の軸
心に、小径の放物面鏡を取り付け、光軸を軸心近傍に合
わせるようにセットした顕微鏡からの光を放物面鏡に反
射させ、反射光を顕微鏡に取り込んでフィルム上に撮影
した結果から、軸心の振れを求めるといった方法も知ら
れている。
【０００４】一方、送り機構部の送り直線性について
は、送り機構部によって送られる被送り台に直定規を取
り付け、被送り台を送りながら、直定規の測定面をダイ
ヤルインジケータによって測定するといった方法や、被
送り台に反射鏡を取り付け、被送り台を送りながら、オ
ートコリメータから反射鏡に光を照射し、反射鏡から反
射される反射光をオートコリメータで受光して、その反
射角度の変位から送り直線性を求めるといった方法が知
られている。
は、送り機構部によって送られる被送り台に直定規を取
り付け、被送り台を送りながら、直定規の測定面をダイ
ヤルインジケータによって測定するといった方法や、被
送り台に反射鏡を取り付け、被送り台を送りながら、オ
ートコリメータから反射鏡に光を照射し、反射鏡から反
射される反射光をオートコリメータで受光して、その反
射角度の変位から送り直線性を求めるといった方法が知
られている。
【０００５】ところが、上述した測定方法は、いずれも
単一の精度しか測定することができず、上述した各精度
を測定するためには、これに応じた測定器を各々用意し
て、測定する必要があった。このため、効率が悪く、コ
ストがかかっていた。
単一の精度しか測定することができず、上述した各精度
を測定するためには、これに応じた測定器を各々用意し
て、測定する必要があった。このため、効率が悪く、コ
ストがかかっていた。
【０００６】本発明は以上の実情に鑑みなされたもので
あって、工作機械の精度を効率良く、しかも低コストで
測定し得る精度測定装置の提供を目的とする。
あって、工作機械の精度を効率良く、しかも低コストで
測定し得る精度測定装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及びその効果】上記課題を
解決するための本発明は、工作機械の主軸に装着され、
光軸が前記主軸軸線と同軸の光を照射する投光手段と、
前記投光手段に対向して配置され、前記投光手段から照
射される光を受光して２次元画像データを生成する撮像
手段と、得られた画像データを基に、前記工作機械の精
度を解析する解析手段とを設けて構成したことを特徴と
する工作機械の精度測定装置に係る。
解決するための本発明は、工作機械の主軸に装着され、
光軸が前記主軸軸線と同軸の光を照射する投光手段と、
前記投光手段に対向して配置され、前記投光手段から照
射される光を受光して２次元画像データを生成する撮像
手段と、得られた画像データを基に、前記工作機械の精
度を解析する解析手段とを設けて構成したことを特徴と
する工作機械の精度測定装置に係る。
【０００８】この精度測定装置によれば、まず、投光手
段が工作機械の主軸に装着され、当該投光手段から、光
軸が主軸軸線と同軸になった光が照射される。照射光は
撮像手段により受光され、当該撮像手段によって、２次
元配列の濃淡データからなる画像データが生成される。
段が工作機械の主軸に装着され、当該投光手段から、光
軸が主軸軸線と同軸になった光が照射される。照射光は
撮像手段により受光され、当該撮像手段によって、２次
元配列の濃淡データからなる画像データが生成される。
【０００９】前記撮像手段の好適な具体例としては、Ｃ
ＣＤカメラを挙げることができる。ＣＣＤカメラは、多
行多列の２次元に配置された複数の光電変換素子を備
え、受光量に応じて各光電変換素子から出力される電圧
信号をデジタル化した後、これを濃淡レベル値に変換し
て、前記光電変換素子の配列と同配列の２次元濃淡画像
データとして出力する。
ＣＤカメラを挙げることができる。ＣＣＤカメラは、多
行多列の２次元に配置された複数の光電変換素子を備
え、受光量に応じて各光電変換素子から出力される電圧
信号をデジタル化した後、これを濃淡レベル値に変換し
て、前記光電変換素子の配列と同配列の２次元濃淡画像
データとして出力する。
【００１０】ところで、投光手段から照射される光の断
面は円形である。したがって、前記撮像手段によって得
られる２次元濃淡画像は、濃淡レベルの低い部分が円形
となった画像となる。前記解析手段は、このようにして
前記撮像手段により得られた２次元濃淡画像データを、
所定のしきい値で２値化することにより、前記照射光に
相当する画像を抽出し、得られた２値化画像を解析し
て、工作機械の精度を測定する。
面は円形である。したがって、前記撮像手段によって得
られる２次元濃淡画像は、濃淡レベルの低い部分が円形
となった画像となる。前記解析手段は、このようにして
前記撮像手段により得られた２次元濃淡画像データを、
所定のしきい値で２値化することにより、前記照射光に
相当する画像を抽出し、得られた２値化画像を解析し
て、工作機械の精度を測定する。
【００１１】例えば、主軸が振れている場合には、主軸
を所定角度に回転させると、回転前に得られる前記２値
化画像の中心位置と、回転後に得られる前記２値化画像
の中心位置とが、振れに応じて変位することになる。し
たがって、前記解析手段は、回転前及び回転後に得られ
た各２値化画像の中心位置を算出した後、その差分を算
出することにより、主軸の静的な振れ精度を測定するこ
とができる。
を所定角度に回転させると、回転前に得られる前記２値
化画像の中心位置と、回転後に得られる前記２値化画像
の中心位置とが、振れに応じて変位することになる。し
たがって、前記解析手段は、回転前及び回転後に得られ
た各２値化画像の中心位置を算出した後、その差分を算
出することにより、主軸の静的な振れ精度を測定するこ
とができる。
【００１２】また、同じく主軸が振れている場合に、主
軸を所定の回転速度で回転させると、前記照射光の光跡
は、主軸が一方向に大きく振れている場合には、当該振
れ方向に歪んで楕円形になり、主軸が直交する二方向に
同程度に振れている場合には、光線の直径より大径の円
形になる。したがって、前記解析手段は、主軸回転中に
所定時間間隔毎に得られる各前記２値化画像を重畳し、
重畳した２値化画像からその変形量（主軸回転前の前記
照射光の２値化画像に対する変形量）を算出することに
より、主軸の動的な振れ精度を測定することができる。
軸を所定の回転速度で回転させると、前記照射光の光跡
は、主軸が一方向に大きく振れている場合には、当該振
れ方向に歪んで楕円形になり、主軸が直交する二方向に
同程度に振れている場合には、光線の直径より大径の円
形になる。したがって、前記解析手段は、主軸回転中に
所定時間間隔毎に得られる各前記２値化画像を重畳し、
重畳した２値化画像からその変形量（主軸回転前の前記
照射光の２値化画像に対する変形量）を算出することに
より、主軸の動的な振れ精度を測定することができる。
【００１３】また、例えば、工作機械の主軸が送り機構
部により、前記撮像手段に対し進退する方向に送り駆動
されるように構成されている場合に、前記送り機構部に
よる送り経路が蛇行していると、主軸の位置により、前
記２値化画像の中心位置が異なることになる。したがっ
て、前記解析手段は、主軸の移動位置毎に得られる前記
２値化画像の中心位置をそれぞれ算出した後、その変位
量を算出することにより、送り機構部の送り直線性を測
定することができる。
部により、前記撮像手段に対し進退する方向に送り駆動
されるように構成されている場合に、前記送り機構部に
よる送り経路が蛇行していると、主軸の位置により、前
記２値化画像の中心位置が異なることになる。したがっ
て、前記解析手段は、主軸の移動位置毎に得られる前記
２値化画像の中心位置をそれぞれ算出した後、その変位
量を算出することにより、送り機構部の送り直線性を測
定することができる。
【００１４】このように、本発明によれば、一つの精度
測定装置により、主軸の静的な振れ精度及び動的な振れ
精度、並びに送り機構部の送り直線性といった複数の精
度を測定することができるので、工作機械の精度を効率
良く、しかも低コストで測定することができる。
測定装置により、主軸の静的な振れ精度及び動的な振れ
精度、並びに送り機構部の送り直線性といった複数の精
度を測定することができるので、工作機械の精度を効率
良く、しかも低コストで測定することができる。
【００１５】尚、前記投光手段は、照射光の直線性及び
収束性が良好である点で、レーザ光を照射するレーザ発
振器からこれを構成するのが好ましい。
収束性が良好である点で、レーザ光を照射するレーザ発
振器からこれを構成するのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付図面に基づき説明する。図１は、本発明の
一実施形態に係る精度測定装置の概略構成を示したブロ
ック図である。
について添付図面に基づき説明する。図１は、本発明の
一実施形態に係る精度測定装置の概略構成を示したブロ
ック図である。
【００１７】同図１に示すように、本例の精度測定装置
１は、工作機械１０の主軸１５に装着されるレーザ発振
器２と、工作機械１０のテーブル１３上に、前記レーザ
発振器２と対向するように載置，固定されるＣＣＤカメ
ラ３と、ＣＣＤカメラ３によって撮像された画像を基に
工作機械１０の精度を解析する解析装置４と、ＣＲＴや
プリンタなどからなり、前記解析装置４によって解析さ
れた結果を表示或いはプリントする出力装置５とからな
る。
１は、工作機械１０の主軸１５に装着されるレーザ発振
器２と、工作機械１０のテーブル１３上に、前記レーザ
発振器２と対向するように載置，固定されるＣＣＤカメ
ラ３と、ＣＣＤカメラ３によって撮像された画像を基に
工作機械１０の精度を解析する解析装置４と、ＣＲＴや
プリンタなどからなり、前記解析装置４によって解析さ
れた結果を表示或いはプリントする出力装置５とからな
る。
【００１８】尚、本例の前記工作機械１０は、所謂、立
形のマシニングセンタと呼ばれるもので、主たる構成と
して、ベッド１１、ベッド１１上に固設されたコラム１
２、ベッド１１上に載置され、水平面内で直交２軸方向
（Ｘ軸，Ｙ軸方向）に移動可能になったテーブル１３、
上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在にコラム１２に支持さ
れ、前記主軸１５を軸中心に回転自在に支持する主軸頭
１４、前記テーブル１３を前記Ｘ軸方向に移動させる第
１送り機構部（図示せず）、前記テーブル１３を前記Ｙ
軸方向に移動させる第２送り機構部（図示せず）、前記
主軸頭１４を前記Ｚ軸方向に移動させる第３送り機構部
（図示せず）、前記第１送り機構部，第２送り機構部及
び第３送り機構部（図示せず）などの作動を制御するＮ
Ｃ装置などを備えている。
形のマシニングセンタと呼ばれるもので、主たる構成と
して、ベッド１１、ベッド１１上に固設されたコラム１
２、ベッド１１上に載置され、水平面内で直交２軸方向
（Ｘ軸，Ｙ軸方向）に移動可能になったテーブル１３、
上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在にコラム１２に支持さ
れ、前記主軸１５を軸中心に回転自在に支持する主軸頭
１４、前記テーブル１３を前記Ｘ軸方向に移動させる第
１送り機構部（図示せず）、前記テーブル１３を前記Ｙ
軸方向に移動させる第２送り機構部（図示せず）、前記
主軸頭１４を前記Ｚ軸方向に移動させる第３送り機構部
（図示せず）、前記第１送り機構部，第２送り機構部及
び第３送り機構部（図示せず）などの作動を制御するＮ
Ｃ装置などを備えている。
【００１９】前記レーザ発振器２はレーザ光を照射する
機器であり、上述したように前記主軸１５に装着され、
且つレーザ光の光軸が主軸１５の軸線と同軸になるよう
に設定されている。尚、レーザ光は、光軸の直線性及び
光束の収束性が良い点で好ましい。
機器であり、上述したように前記主軸１５に装着され、
且つレーザ光の光軸が主軸１５の軸線と同軸になるよう
に設定されている。尚、レーザ光は、光軸の直線性及び
光束の収束性が良い点で好ましい。
【００２０】前記ＣＣＤカメラ３は、多行多列の２次元
に配置された複数の光電変換素子を備え、受光量に応じ
て各光電変換素子から出力される電圧信号をデジタル化
した後、これを濃淡レベル値に変換して、前記光電変換
素子の配列と同配列の２次元濃淡画像データとして出力
する機器である。
に配置された複数の光電変換素子を備え、受光量に応じ
て各光電変換素子から出力される電圧信号をデジタル化
した後、これを濃淡レベル値に変換して、前記光電変換
素子の配列と同配列の２次元濃淡画像データとして出力
する機器である。
【００２１】ところで、前記レーザ発振器２から照射さ
れるレーザ光の断面は円形となっている。したがって、
前記ＣＣＤカメラ３によって得られる２次元濃淡画像
は、濃淡レベルの低い部分が円形となった画像となる。
この濃淡画像の一例を図２に示す。図２では、格子の一
つの升目が一画素を表しており、太い実線で図示した円
がレーザ光の外延に相当し、斜線を付した画素部分の濃
淡レベルが低く、この部分がレーザ光の画像となる。但
し、同図２では、説明の都合上、濃淡レベルを反転させ
た状態を図示している。
れるレーザ光の断面は円形となっている。したがって、
前記ＣＣＤカメラ３によって得られる２次元濃淡画像
は、濃淡レベルの低い部分が円形となった画像となる。
この濃淡画像の一例を図２に示す。図２では、格子の一
つの升目が一画素を表しており、太い実線で図示した円
がレーザ光の外延に相当し、斜線を付した画素部分の濃
淡レベルが低く、この部分がレーザ光の画像となる。但
し、同図２では、説明の都合上、濃淡レベルを反転させ
た状態を図示している。
【００２２】前記解析装置４は、前記ＣＣＤカメラ３か
ら出力される２次元濃淡画像データを記憶する画像デー
タ記憶部５と、この画像データ記憶部５に格納された２
次元濃淡画像データを基に、前記主軸１５の振れ精度を
解析する振れ解析部６及び前記第３送り機構部（図示せ
ず）の送り直線性を解析する直線性解析部７とからな
る。
ら出力される２次元濃淡画像データを記憶する画像デー
タ記憶部５と、この画像データ記憶部５に格納された２
次元濃淡画像データを基に、前記主軸１５の振れ精度を
解析する振れ解析部６及び前記第３送り機構部（図示せ
ず）の送り直線性を解析する直線性解析部７とからな
る。
【００２３】前記振れ解析部６及び直線性解析部７は、
まず、画像データ記憶部５に格納された２次元濃淡画像
データを読み出し、これを所定のしきい値で２値化する
ことによって、前記レーザ光に相当する画像を抽出す
る。ここで、図２に示した濃淡画像を２値化処理した画
像を図３に示す。尚、図３においては、画素を示す格子
の図示を省略しており、斜線を付した画素部分が黒色と
なる。以下、図４乃至図６において同様である。また、
２点鎖線で示す円がレーザ光の外延に相当する。
まず、画像データ記憶部５に格納された２次元濃淡画像
データを読み出し、これを所定のしきい値で２値化する
ことによって、前記レーザ光に相当する画像を抽出す
る。ここで、図２に示した濃淡画像を２値化処理した画
像を図３に示す。尚、図３においては、画素を示す格子
の図示を省略しており、斜線を付した画素部分が黒色と
なる。以下、図４乃至図６において同様である。また、
２点鎖線で示す円がレーザ光の外延に相当する。
【００２４】そして、前記振れ解析部６及び直線性解析
部７は、上記のように２値化して得られた２値化画像を
解析して、工作機械１０の精度を測定する。以下、振れ
解析部６及び直線性解析部７における具体的な処理内容
について説明する。
部７は、上記のように２値化して得られた２値化画像を
解析して、工作機械１０の精度を測定する。以下、振れ
解析部６及び直線性解析部７における具体的な処理内容
について説明する。
【００２５】まず、振れ解析部６における、主軸１５の
静的な振れ精度の解析処理について説明する。主軸１５
が振れている場合、主軸１５を所定角度に回転させる
と、回転前に得られる前記２値化画像の中心位置と、回
転後に得られる前記２値化画像の中心位置とが、振れに
応じて変位することになる。振れ解析部６は、主軸１５
を所定角度（例えば５°）毎に一回転して、各角度毎に
前記ＣＣＤカメラ３によって撮像された画像を、前記画
像データ記憶部５からそれぞれ読み出して、これを２値
化処理し、その後、得られた各２値化画像（白色画像）
の中心位置を算出し、その変位量の最大値をとって主軸
１５の静的な振れ精度とする。
静的な振れ精度の解析処理について説明する。主軸１５
が振れている場合、主軸１５を所定角度に回転させる
と、回転前に得られる前記２値化画像の中心位置と、回
転後に得られる前記２値化画像の中心位置とが、振れに
応じて変位することになる。振れ解析部６は、主軸１５
を所定角度（例えば５°）毎に一回転して、各角度毎に
前記ＣＣＤカメラ３によって撮像された画像を、前記画
像データ記憶部５からそれぞれ読み出して、これを２値
化処理し、その後、得られた各２値化画像（白色画像）
の中心位置を算出し、その変位量の最大値をとって主軸
１５の静的な振れ精度とする。
【００２６】白色画像の中心位置は、次のようにして、
これを算出することができる。即ち、図３に示した、２
値化画像をラスター方向に操作して、Ｘ方向（前記Ｘ軸
方向に沿った方向）及びＹ方向（前記Ｙ軸方向に沿った
方向）における白色画素（白色画像）の境界位置を検出
し、その値から白色画像の中心座標（位置）（Ｘａ，Ｙ
ａ）を算出する。いま、Ｘ方向の境界位置がＸ１，
Ｘ２、Ｙ方向の境界位置がＹ１，Ｙ２であるとすると、
中心座標（Ｘａ，Ｙａ）は、 Ｘａ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２、 Ｙａ＝（Ｙ１＋Ｙ２）／２、 となる。
これを算出することができる。即ち、図３に示した、２
値化画像をラスター方向に操作して、Ｘ方向（前記Ｘ軸
方向に沿った方向）及びＹ方向（前記Ｙ軸方向に沿った
方向）における白色画素（白色画像）の境界位置を検出
し、その値から白色画像の中心座標（位置）（Ｘａ，Ｙ
ａ）を算出する。いま、Ｘ方向の境界位置がＸ１，
Ｘ２、Ｙ方向の境界位置がＹ１，Ｙ２であるとすると、
中心座標（Ｘａ，Ｙａ）は、 Ｘａ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２、 Ｙａ＝（Ｙ１＋Ｙ２）／２、 となる。
【００２７】振れ解析部６は、このようにして、各回転
角度毎の白色画像の中心位置を算出し、例えば、前記Ｘ
方向及びＹ方向のそれぞれについて、前記中心位置の変
位量の最大値をとって、各方向における主軸１５の静的
な振れ精度とする。
角度毎の白色画像の中心位置を算出し、例えば、前記Ｘ
方向及びＹ方向のそれぞれについて、前記中心位置の変
位量の最大値をとって、各方向における主軸１５の静的
な振れ精度とする。
【００２８】尚、この静的な振れ精度は、上記と同様の
趣旨で、次のようにしても、算出することができる。即
ち、まず、主軸１５の回転角度が０°のときの、白色画
像のＸ方向及びＹ方向における長さ（径）を算出し、つ
いで、前記各回転角度毎に撮像され、２値化された白色
画像を順次重畳する。そして、重畳された白色画像のＸ
方向及びＹ方向における長さを算出し、回転角度が０°
のときの白色画像のＸ方向及びＹ方向における長さと、
重畳された白色画像のＸ方向及びＹ方向における長さと
差をとって、各方向における主軸１５の静的な振れ精度
とする。
趣旨で、次のようにしても、算出することができる。即
ち、まず、主軸１５の回転角度が０°のときの、白色画
像のＸ方向及びＹ方向における長さ（径）を算出し、つ
いで、前記各回転角度毎に撮像され、２値化された白色
画像を順次重畳する。そして、重畳された白色画像のＸ
方向及びＹ方向における長さを算出し、回転角度が０°
のときの白色画像のＸ方向及びＹ方向における長さと、
重畳された白色画像のＸ方向及びＹ方向における長さと
差をとって、各方向における主軸１５の静的な振れ精度
とする。
【００２９】いま、図４に示すように、主軸１５の回転
角度が０°のときの白色画像（太い実線がそのときのレ
ーザ光の外延である）のＸ方向及びＹ方向における長さ
が、それぞれＬＸ１及びＬＹ１であり、前記重畳された
白色画像のＸ方向及びＹ方向における長さが、それぞれ
ＬＸ２及びＬＹ２であるとすると、上記Ｘ軸方向及びＹ
軸方向における主軸１５の静的な振れ精度ΔＸｓ及びΔ
Ｙｓは、次式、 ΔＸｓ＝ＬＸ２−ＬＸ１、 ΔＹｓ＝ＬＹ２−ＬＹ１、 によって算出される。尚、図中のＸ３及びＹ３は重畳白
色画像の境界位置である。
角度が０°のときの白色画像（太い実線がそのときのレ
ーザ光の外延である）のＸ方向及びＹ方向における長さ
が、それぞれＬＸ１及びＬＹ１であり、前記重畳された
白色画像のＸ方向及びＹ方向における長さが、それぞれ
ＬＸ２及びＬＹ２であるとすると、上記Ｘ軸方向及びＹ
軸方向における主軸１５の静的な振れ精度ΔＸｓ及びΔ
Ｙｓは、次式、 ΔＸｓ＝ＬＸ２−ＬＸ１、 ΔＹｓ＝ＬＹ２−ＬＹ１、 によって算出される。尚、図中のＸ３及びＹ３は重畳白
色画像の境界位置である。
【００３０】次に、振れ解析部６における、主軸１５の
動的な振れ精度の解析処理について説明する。主軸１５
が振れている場合、当該主軸１５を所定の回転速度で回
転させると、前記レーザ光の光跡は、主軸１５が一方向
に大きく振れている場合には、当該振れ方向に歪んた楕
円形になり、主軸１５が直交する二方向に同程度に振れ
ている場合には、光線の直径より大径の円形になる。
動的な振れ精度の解析処理について説明する。主軸１５
が振れている場合、当該主軸１５を所定の回転速度で回
転させると、前記レーザ光の光跡は、主軸１５が一方向
に大きく振れている場合には、当該振れ方向に歪んた楕
円形になり、主軸１５が直交する二方向に同程度に振れ
ている場合には、光線の直径より大径の円形になる。
【００３１】そこで、振れ解析部６は、まず、主軸１５
の停止中に前記ＣＣＤカメラ３によって撮像された画像
を、前記画像データ記憶部５から読み出し、これを２値
化処理して、主軸１５が停止中の前記白色画像を生成
し、上記と同様にして、生成した白色画像のＸ方向及び
Ｙ方向における長さＬＸ１，ＬＹ１を算出する。
の停止中に前記ＣＣＤカメラ３によって撮像された画像
を、前記画像データ記憶部５から読み出し、これを２値
化処理して、主軸１５が停止中の前記白色画像を生成
し、上記と同様にして、生成した白色画像のＸ方向及び
Ｙ方向における長さＬＸ１，ＬＹ１を算出する。
【００３２】次に、振れ解析部６は、主軸１５の回転中
に所定時間間隔毎に前記ＣＣＤカメラ３によって撮像さ
れた画像を、前記画像データ記憶部５からそれぞれ読み
出し、これらをそれぞれ２値化処理して前記白色画像を
生成し、その後、得られた白色画像を順次重畳した画像
を生成する。
に所定時間間隔毎に前記ＣＣＤカメラ３によって撮像さ
れた画像を、前記画像データ記憶部５からそれぞれ読み
出し、これらをそれぞれ２値化処理して前記白色画像を
生成し、その後、得られた白色画像を順次重畳した画像
を生成する。
【００３３】図５に、主軸１５が前記Ｘ軸方向に大きく
振れている場合の前記重畳白色画像の一例を示し、図６
に、主軸１５が前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に同程
度に振れている場合の前記重畳白色画像の一例を示して
いる。
振れている場合の前記重畳白色画像の一例を示し、図６
に、主軸１５が前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に同程
度に振れている場合の前記重畳白色画像の一例を示して
いる。
【００３４】そして、振れ解析部６は、得られた重畳白
色画像のＸ方向及びＹ方向における長さＬＸ３，ＬＹ３
をそれぞれ算出した後、次式、 ΔＸｄ＝ＬＸ３−ＬＸ１、 ΔＹｄ＝ＬＹ３−ＬＹ１、 によって、上記Ｘ軸方向及びＹ軸方向における主軸１５
の動的な振れ精度ΔＸｄ及びΔＹｄを算出する。
色画像のＸ方向及びＹ方向における長さＬＸ３，ＬＹ３
をそれぞれ算出した後、次式、 ΔＸｄ＝ＬＸ３−ＬＸ１、 ΔＹｄ＝ＬＹ３−ＬＹ１、 によって、上記Ｘ軸方向及びＹ軸方向における主軸１５
の動的な振れ精度ΔＸｄ及びΔＹｄを算出する。
【００３５】また、次式、
Ｘａｄ＝（Ｘ４＋Ｘ５）／２、
Ｙａｄ＝（Ｙ４＋Ｙ５）／２、
によって、重畳白色画像の中心位置（Ｘａｄ，Ｙａ
ｄ）、即ち、主軸１５の回転中心を算出することができ
る。一方、上述の静的な振れ精度の解析処理において算
出した各回転角度毎の白色画像の各中心位置（Ｘａ，Ｙ
ａ）の平均値（Ｘａｖ，Ｙａｖ）は、これを主軸１５の
静的な回転中心とみることができる。したがって、前記
中心位置（Ｘａｄ，Ｙａｄ）と平均中心位置（Ｘａｖ，
Ｙａｖ）との差をとることにより、静動間における主軸
１５の回転中心の変位を算出することができる。前記振
れ解析部６は、このような処理を行うように構成されて
いても良い。
ｄ）、即ち、主軸１５の回転中心を算出することができ
る。一方、上述の静的な振れ精度の解析処理において算
出した各回転角度毎の白色画像の各中心位置（Ｘａ，Ｙ
ａ）の平均値（Ｘａｖ，Ｙａｖ）は、これを主軸１５の
静的な回転中心とみることができる。したがって、前記
中心位置（Ｘａｄ，Ｙａｄ）と平均中心位置（Ｘａｖ，
Ｙａｖ）との差をとることにより、静動間における主軸
１５の回転中心の変位を算出することができる。前記振
れ解析部６は、このような処理を行うように構成されて
いても良い。
【００３６】次に、直線性解析部７における、前記第３
送り機構部（図示せず）の送り直線性の解析処理につい
て説明する。
送り機構部（図示せず）の送り直線性の解析処理につい
て説明する。
【００３７】図７に示すように、前記主軸頭１４を送り
駆動する前記第３送り機構部（図示せず）の送り経路が
Ｙ軸方向に蛇行している場合、前記白色画像の中心位置
は、主軸頭１４の移動位置によってＹ軸方向に変位する
ことになる。図８には、このようにして白色画像の中心
位置が変位した状態を示している。尚、この図８では、
実線で示した円が、図７において、主軸頭１４が実線で
示した位置にあるときに撮像された白色画像の外延を表
し、２点鎖線で示した円が、図７において、主軸頭１４
が２点鎖線で示した位置にあるときに撮像された白色画
像の外延を表している。また、（Ｘａ１，Ｙａ１）、
（Ｘａ２，Ｙａ２）はそれぞれの白色画像の中心位置で
ある。
駆動する前記第３送り機構部（図示せず）の送り経路が
Ｙ軸方向に蛇行している場合、前記白色画像の中心位置
は、主軸頭１４の移動位置によってＹ軸方向に変位する
ことになる。図８には、このようにして白色画像の中心
位置が変位した状態を示している。尚、この図８では、
実線で示した円が、図７において、主軸頭１４が実線で
示した位置にあるときに撮像された白色画像の外延を表
し、２点鎖線で示した円が、図７において、主軸頭１４
が２点鎖線で示した位置にあるときに撮像された白色画
像の外延を表している。また、（Ｘａ１，Ｙａ１）、
（Ｘａ２，Ｙａ２）はそれぞれの白色画像の中心位置で
ある。
【００３８】また、図９に示すように、前記第３送り機
構部（図示せず）の送り経路がＸ軸方向に蛇行している
場合、前記白色画像の中心位置は、主軸頭１４の移動位
置によってＸ軸方向に変位することになる。図１０に
は、このようにして白色画像の中心位置が変位した状態
を示している。尚、この図１０では、実線で示した円
が、図９において、主軸頭１４が実線で示した位置にあ
るときに撮像された白色画像の外延を表し、２点鎖線で
示した円が、図９において、主軸頭１４が２点鎖線で示
した位置にあるときに撮像された白色画像の外延を表し
ている。また、（Ｘａ１，Ｙａ１）、（Ｘａ３，Ｙ
ａ３）はそれぞれの白色画像の中心位置である。
構部（図示せず）の送り経路がＸ軸方向に蛇行している
場合、前記白色画像の中心位置は、主軸頭１４の移動位
置によってＸ軸方向に変位することになる。図１０に
は、このようにして白色画像の中心位置が変位した状態
を示している。尚、この図１０では、実線で示した円
が、図９において、主軸頭１４が実線で示した位置にあ
るときに撮像された白色画像の外延を表し、２点鎖線で
示した円が、図９において、主軸頭１４が２点鎖線で示
した位置にあるときに撮像された白色画像の外延を表し
ている。また、（Ｘａ１，Ｙａ１）、（Ｘａ３，Ｙ
ａ３）はそれぞれの白色画像の中心位置である。
【００３９】したがって、主軸頭１４を所定間隔で移動
させ、その各位置毎に得られる前記白色画像の中心位置
をそれぞれ算出することにより、前記第３送り機構部
（図示せず）の送り直線性を測定することができる。
させ、その各位置毎に得られる前記白色画像の中心位置
をそれぞれ算出することにより、前記第３送り機構部
（図示せず）の送り直線性を測定することができる。
【００４０】前記直線性解析部７は、主軸頭１４を所定
間隔で移動させ、その各位置毎に前記ＣＣＤカメラ３に
よって撮像された画像を、前記画像データ記憶部５から
それぞれ読み出し、これを２値化処理して前記白色画像
を生成し、その後、得られた白色画像の中心位置を算出
する。主軸頭１４を移動させる前の白色画像の中心位置
（Ｘａ１，Ｙａ１）と、各移動位置における白色画像の
中心位置（Ｘａｋ，Ｙａｋ）との差を算出して、各移動
位置における中心位置変位（ΔＸａ，ΔＹａ）を算出す
る。即ち、 ΔＸａ＝Ｘａ１−Ｘａｎ、 ΔＹａ＝Ｙａ１−Ｙａｎ、 但し、ｋ＝１〜ｎである。
間隔で移動させ、その各位置毎に前記ＣＣＤカメラ３に
よって撮像された画像を、前記画像データ記憶部５から
それぞれ読み出し、これを２値化処理して前記白色画像
を生成し、その後、得られた白色画像の中心位置を算出
する。主軸頭１４を移動させる前の白色画像の中心位置
（Ｘａ１，Ｙａ１）と、各移動位置における白色画像の
中心位置（Ｘａｋ，Ｙａｋ）との差を算出して、各移動
位置における中心位置変位（ΔＸａ，ΔＹａ）を算出す
る。即ち、 ΔＸａ＝Ｘａ１−Ｘａｎ、 ΔＹａ＝Ｙａ１−Ｙａｎ、 但し、ｋ＝１〜ｎである。
【００４１】このようにして、前記直線性解析部７によ
り算出された前記中心位置変位（ΔＸａ，ΔＹａ）の一
例を図１１に示している。
り算出された前記中心位置変位（ΔＸａ，ΔＹａ）の一
例を図１１に示している。
【００４２】以上詳述したように、本例の精度測定装置
１によれば、主軸１５が各状態にあるときに、レーザ発
振器２から照射されるレーザ光がＣＣＤカメラ３によっ
て撮像され、得られた濃淡画像データが前記振れ解析部
６及び直線性解析部７によって適宜解析され、当該主軸
１５の静的及び動的な振れ精度、並びに、第３送り機構
部（図示せず）の送り直線性が測定される。
１によれば、主軸１５が各状態にあるときに、レーザ発
振器２から照射されるレーザ光がＣＣＤカメラ３によっ
て撮像され、得られた濃淡画像データが前記振れ解析部
６及び直線性解析部７によって適宜解析され、当該主軸
１５の静的及び動的な振れ精度、並びに、第３送り機構
部（図示せず）の送り直線性が測定される。
【００４３】斯くして、本例の精度測定装置１によれ
ば、主軸１５の静的な振れ精度及び動的な振れ精度、並
びに送り機構部（図示せず）の送り直線性といった複数
の精度を測定することができるので、工作機械の精度を
効率良く、しかも低コストで測定することができる。
ば、主軸１５の静的な振れ精度及び動的な振れ精度、並
びに送り機構部（図示せず）の送り直線性といった複数
の精度を測定することができるので、工作機械の精度を
効率良く、しかも低コストで測定することができる。
【００４４】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限
定されるものではない。例えば、上記の例では、立形の
マシニングセンタ１０の精度を測定するように構成され
ているが、本発明は、横形のマシニングセンタや旋盤な
ど他の工作機械についても同様に適用可能である。
たが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限
定されるものではない。例えば、上記の例では、立形の
マシニングセンタ１０の精度を測定するように構成され
ているが、本発明は、横形のマシニングセンタや旋盤な
ど他の工作機械についても同様に適用可能である。
【００４５】また、上記レーザ発振器２を工具マガジン
に収納しておき、自動工具交換装置により、これを定期
的に主軸１５に装着して、上述した精度を測定するよう
にしても良い。このようにすれば、主軸１５の静的，動
的な振れ精度や送り機構部（図示せず）の送り直線性を
定期的に確認することができるので、これらの精度が悪
化した場合には、修理などの対応を適宜適切にとること
ができ、工作機械の状態を長期間に渡って良好に維持す
ることができる。
に収納しておき、自動工具交換装置により、これを定期
的に主軸１５に装着して、上述した精度を測定するよう
にしても良い。このようにすれば、主軸１５の静的，動
的な振れ精度や送り機構部（図示せず）の送り直線性を
定期的に確認することができるので、これらの精度が悪
化した場合には、修理などの対応を適宜適切にとること
ができ、工作機械の状態を長期間に渡って良好に維持す
ることができる。
【００４６】また、上記の例において、上記精度測定を
行わないときには、上記ＣＣＤカメラ３の受光部をカバ
ー類で覆うように構成しても良い。また、上例では、Ｃ
ＣＤカメラ３をテーブル１３上に載置，固定するように
したが、これに限るものではなく、例えば、これをテー
ブル１３の近傍に配置し、適宜駆動手段によって、上記
レーザ発振器２と対向する位置に進退させるように構成
しても良い。
行わないときには、上記ＣＣＤカメラ３の受光部をカバ
ー類で覆うように構成しても良い。また、上例では、Ｃ
ＣＤカメラ３をテーブル１３上に載置，固定するように
したが、これに限るものではなく、例えば、これをテー
ブル１３の近傍に配置し、適宜駆動手段によって、上記
レーザ発振器２と対向する位置に進退させるように構成
しても良い。
【図１】本発明の一実施形態に係る精度測定装置の概略
構成を示したブロック図である。
構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態ＣＣＤカメラによって撮像される２
次元濃淡画像を白黒反転して示す説明図である。
次元濃淡画像を白黒反転して示す説明図である。
【図３】本実施形態の振れ解析部における処理を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【図４】本実施形態の振れ解析部における処理を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【図５】本実施形態の振れ解析部における処理を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【図６】本実施形態の振れ解析部における処理を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【図７】本実施形態の直線性解析部における処理を説明
するための説明図である。
するための説明図である。
【図８】本実施形態の直線性解析部における処理を説明
するための説明図である。
するための説明図である。
【図９】本実施形態の直線性解析部における処理を説明
するための説明図である。
するための説明図である。
【図１０】本実施形態の直線性解析部における処理を説
明するための説明図である。
明するための説明図である。
【図１１】本実施形態の直線性解析部における処理結果
一例を示す説明図である。
一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 精度測定装置
２ レーザ発振器
３ ＣＣＤカメラ
４ 解析装置
５ 画像データ記憶部
６ 振れ解析部
７ 直線性解析部
８ 出力装置
１０ 工作機械
１５ 主軸
フロントページの続き
(72)発明者 藤嶋 誠
奈良県大和郡山市北郡山町106番地 株式
会社森精機製作所内
Ｆターム(参考） 2F065 AA20 CC00 FF04 GG04 HH03
JJ03 JJ26 MM24 MM25 PP04
PP13 QQ04 QQ08 QQ13 QQ24
QQ31 SS01 SS11
3C029 EE02 EE20
Claims (5)
- 【請求項１】 工作機械の主軸に装着され、光軸が前記
主軸軸線と同軸の光を照射する投光手段と、 前記投光手段に対向して配置され、前記投光手段から照
射される光を受光して２次元画像データを生成する撮像
手段と、 得られた画像データを基に、前記工作機械の精度を解析
する解析手段とを設けて構成したことを特徴とする工作
機械の精度測定装置。 - 【請求項２】 前記撮像手段が、２次元配置された複数
の光電変換素子を備えたＣＣＤカメラから成る請求項１
記載の工作機械の精度測定装置。 - 【請求項３】 前記投光手段が、レーザ光を照射するレ
ーザ発振器から成る請求項１又は２記載の工作機械の精
度測定装置。 - 【請求項４】 前記解析手段が、前記主軸の振れ精度を
解析するように構成されて成る請求項１乃至３記載のい
ずれかの工作機械の精度測定装置。 - 【請求項５】 前記解析手段が、前記工作機械の構成要
素たる送り機構部の送り直線性を解析するように構成さ
れて成る請求項１乃至３記載のいずれかの工作機械の精
度測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317240A JP2003117778A (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | 工作機械の精度測定装置 |
| EP02022935A EP1302743A1 (en) | 2001-10-15 | 2002-10-10 | Accuracy measuring apparatus for machine tool |
| US10/269,076 US6839975B2 (en) | 2001-10-15 | 2002-10-11 | Accuracy measuring apparatus for machine tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317240A JP2003117778A (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | 工作機械の精度測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003117778A true JP2003117778A (ja) | 2003-04-23 |
Family
ID=19135144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001317240A Pending JP2003117778A (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | 工作機械の精度測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6839975B2 (ja) |
| EP (1) | EP1302743A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003117778A (ja) |
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| JP7074912B1 (ja) | 2021-02-08 | 2022-05-24 | 上銀科技股▲分▼有限公司 | フィードシステムの位置の誤差を測定する方法 |
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| DE102007041827B4 (de) | 2007-09-03 | 2018-06-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Werkzeugmaschine |
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| CN118565345A (zh) * | 2024-07-24 | 2024-08-30 | 珠海芯烨电子科技有限公司 | 热敏打印机辊轴检测方法 |
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-
2001
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