JP2004061152A - 測定方法及び測定装置、並びに加工・測定システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加工・測定システム1は、ワーク底面を支持する各支持装置20,50、各支持装置20,50の作動を制御する支持制御装置30,60、各支持装置20,50に作用する力を検出する各ロードセル31,61をそれぞれ具備した加工装置10及び測定装置40と、これらを相互に接続する通信回線35とからなる。加工装置10の各ロードセル31により検出される荷重値が測定装置40に送信されるとともに、各支持装置20による支持部位と同一部位が、各支持装置50によって支持され、各ロードセル61により検出される荷重値が受信荷重値と同じ値となるように制御される。これにより、測定装置40におけるワーク支持状態が加工装置10における支持状態と同じ状態となる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、適宜支持装置(具)により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する測定方法及び測定装置、並びに加工・測定システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
被加工物(以下、「ワーク」という)を機械加工する工作機械は、例えば、ベッドと、ベッド上に配設され、水平面内で移動可能となったテーブルと、ベッド上に固設されたコラムと、コラムに支持され、上下方向に移動可能となった主軸頭と、主軸頭によって回転自在に支持される主軸と、テーブルや主軸頭を各方向に移動させる送り機構部などを備えて構成される。
【0003】
前記テーブル上には、適宜支持具やクランプ装置などによってワークが支持,固定され、かかるテーブルと、工具が装着された状態で回転駆動される前記主軸とが、前記送り機構部によって前記各方向に移動せしめられることにより、ワークと工具とが相対移動せしめられて、当該工具によってワークが加工される。
【0004】
そして、このようにして機械加工されたワークは、その加工面形状が適宜測定装置によって測定されるが、かかる測定を総合的に行い得る測定装置として、三次元測定装置が多用されている。この三次元測定装置は、ワークが支持具などによって支持された状態で載置される測定台と、測定台上に載置されたワークの加工面の位置を検出する接触式若しくは非接触式の測定子と、この測定子を直交3軸方向に移動させる駆動機構部と、駆動機構部に付設されて前記測定子の位置を検出するリニアエンコーダと、このリニアエンコーダによって検出される位置データ及び前記測定子から出力される検出信号を基に、ワークの実加工面形状に係るデータを算出する形状データ算出処理部などを備えて構成される。
【0005】
斯くして、前記工作機械で機械加工されたワークは、そのテーブル上から取り外された後、三次元測定装置の測定台上に載置され、当該三次元測定装置によってその加工面形状が測定される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ワークを前記テーブルや測定台上に載置する際には、上述したように、通常、ワーク底面の複数個所を適宜支持具によって支持するようにしている。これは、ワーク底面全体を直にテーブルや測定台上に載置すると、テーブルや測定台とワークとの間に異物が介在し易く、このために、加工精度や測定精度が悪化することが懸念されるからである。また、このような支持状態では、機械加工の加工精度や測定精度が前記ワーク底面の加工精度によって大きく影響されるため、当該機械加工の加工精度や測定精度を高めるためには、ワーク底面を必要以上に高精度に仕上げなければならないという問題も有るからである。
【0007】
その一方、ワークは完全な剛体ではないため、上記の如く、支持具によりワーク底面の複数個所を支持したのでは、自重によってワークに撓み(変形)を生じる。したがって、ワーク加工面形状の測定に際し、測定時のワーク支持状態(具体的には、ワークを支持する部位及び各支持具相互間の上下方向における支持位置関係)が加工時のワーク支持状態と異なれば、加工時のワークの変形状態と測定時のワークの変形状態とが異なることとなり、ワークの加工面形状が加工時と測定時とで異なることとなる。
【0008】
ところが、従来、このような自重によるワークの変形は何ら考慮されておらず、加工時のワーク支持状態と測定時のワーク支持状態との間には、相互に何らの関連性も無く、それぞれ異なるものとなっていた。このため、従来では、支持状態の相違によって生じた変形後の加工面形状を測定する結果となっていた。これでは、機械加工された加工面形状の実態を正確に測定(把握)することができない。そして、このようにして測定された測定結果を次加工に反映すべく、かかる測定結果を基に工具補正量などを調整すると、却って加工精度の悪化を招くこととなる。
【0009】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、ワークの加工面形状の実態を正確に測定することができる測定方法及び測定装置、並びに加工・測定システムの提供をその目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、支持具により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する方法であって、
昇降機構部を備えた複数の支持手段の前記昇降機構部によって前記被加工物の底面を支持するとともに、該各昇降機構部による支持部位を、機械加工時に前記支持具により支持された支持部位と同一にし、且つ前記各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係を、機械加工時に前記支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にした後、前記被加工物の加工面形状を測定するようにしたことを特徴とする測定方法に係る。
【0011】
そして、この測定方法は、以下の測定装置によってこれを好適に実施することができる。
即ち、この測定装置は、支持具により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する装置であって、
前記被加工物の三次元形状を測定する三次元測定手段と、
昇降機構部を備え、機械加工時に前記支持具によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位を、該昇降機構部によって支持する複数の支持手段と、
前記各昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の力学量検出手段と、
前記各力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各昇降機構部を駆動制御して、該各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係を、機械加工時に前記支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にする制御手段とを備えて構成される。
【0012】
この測定装置によれば、機械加工時に支持具によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位が各昇降機構部よってそれぞれ支持されるとともに、各力学量検出手段によって当該各昇降機構部の物理的支持状態に係る力学量がそれぞれ検出され、各力学量検出手段により検出された力学量を基に、制御手段によって各昇降機構部が駆動制御されて、これら各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係が、機械加工時に支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にされる。
【0013】
これにより、被加工物は、機械加工時に支持具によって支持された支持状態と同じ状態で、測定装置の昇降機構部によって支持されることになる。
【0014】
その後、このようにして底面が各昇降機構部により支持された被加工物の三次元形状(加工面形状)が、三次元測定手段によって測定される。尚、前記三次元測定手段には、接触式の他非接触式の測定子を備えたものが含まれる。
【0015】
上述したように、支持具等によって被加工物底面の複数個所を支持した場合、自重によって被加工物に変形を生じるため、測定時の支持状態が加工時の支持状態と異なる場合には、加工時の被加工物の変形状態と測定時の被加工物の変形状態とが異なることとなり、結果、被加工物の加工面形状が加工時と測定時とで異なるという問題を生じる。
【0016】
この測定装置によれば、測定時の被加工物の支持状態が機械加工時の支持状態と同じ状態となるようにしているので、測定時の被加工物の変形状態を加工時の被加工物の変形状態と同じ状態にすることができ、この結果、被加工物の加工面形状を加工時と測定時とで一致させることが可能となる、即ち、加工時の被加工物の加工面形状を測定時に再現することが可能となる。これにより、機械加工後の加工面形状の実態を正確に測定(把握)することができ、このようにして正確に測定された加工面形状の実態を次加工に反映することで、加工精度の更なる向上を図ることができる。
【0017】
尚、前記力学量とは、例えば、幾何学量である位置や距離など、並びに狭義の力学量である力や圧力などを含む概念である。したがって、前記力学量検出手段は、昇降機構部の上下方向における位置を検出する位置検出器や、或いは昇降機構部に作用する力を検出する力検出器からこれを構成することができる。そして、位置検出器とする場合には、前記力学量は上下方向における昇降機構部の位置として把握される。また、力検出器とする場合には、前記力学量は昇降機構部に作用する力として把握されるが、これは、昇降機構部の支持位置によって、各昇降機構部に作用する力がそれぞれ異なるため、これを検出することによって、当該昇降機構部の支持位置を把握することができることに基づくものである。
【0018】
また、本発明は、第1昇降機構部を有し、当該1昇降機構部によって被加工物の底面を支持する複数の第1支持手段、前記各第1昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の第1力学量検出手段、並びに、前記各第1力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各第1昇降機構部を駆動制御する第1制御手段を備え、前記各第1昇降機構部によって支持された被加工物を機械加工する加工装置と、
第2昇降機構部を備え、機械加工時に前記第1昇降機構部によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位を、該第2昇降機構部によって支持する複数の第2支持手段、前記各第2昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の第2力学量検出手段、該各第2力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各第2昇降機構部を駆動制御する第2制御手段、並びに、前記第2支持手段によって支持された前記被加工物の三次元形状を測定する三次元測定手段を備えた測定装置とを、電気通信回線を介し接続して構成される加工・測定システムであって、
前記測定装置の第2制御手段が、前記加工装置の各第1力学量検出手段によって検出された力学量を前記加工装置から受信し、受信した力学量と前記各第2力学量検出手段によって検出される力学量とが同一の値となるように、前記各第2昇降機構部を駆動制御するように構成された加工・測定システムに係る。
【0019】
この加工・測定システムによれば、まず、加工に際し被加工物を支持した状態の第1支持手段に作用する力学量が、電気通信回線を介して加工装置から測定装置に送信される。そして、これを受信した測定装置では、同じ被加工物を第2支持手段によって支持するに際し、各第2力学量検出手段によって検出される力学量が、受信した各力学量と同一の値となるように、第2制御手段によって各第2昇降機構部の作動が制御される。これにより、第2支持手段における被加工物の支持状態、即ち、測定時の被加工物の支持状態が、第1支持手段における被加工物の支持状態、即ち、加工時の被加工物の支持状態と同じ状態にされる。
【0020】
このように、この加工・測定システムによれば、加工時の被加工物の支持状態に係るデータを、電気通信回線を介し測定装置に送信して、測定時の被加工物の支持状態を加工時の支持状態に合わせるようにしているので、測定時の支持状態を加工時のそれに合わせるに当たり、これを正確且つ容易に行うことができる。
【0021】
尚、前記第1,第2力学量検出手段は、上記と同様に、これを位置検出器や力検出器から構成することができる。また、前記電気通信回線には、LAN,VAN,専用の電話回線や光通信回線などネットワークを構築するための各種通信回線が含まれる。
【0022】
【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。尚、図1は、本発明の一実施形態に係る加工・測定システムの概略構成を示したブロック図である。また、図2は、本実施形態に係る加工装置の一部を示した正面図であり、図3は、本実施形態に係る測定装置の一部を示した正面図である。また、図4は、本実施形態に係る支持装置などの概略構成を一部ブロック図で示した平面図であり、図5は、図4における矢示A−A方向の断面図である。
【0023】
図1に示すように、本例の加工・測定システム1は、加工装置10と、測定装置40と、これら加工装置10と測定装置40とを接続する通信回線35とから構成される。
【0024】
前記加工装置10は、図1,図2,図4及び図5に示すように、水平面内で移動可能となったテーブル11と、上下方向に移動可能となった主軸12と、テーブル11上に適宜間隔で配設され、ワークWを支持する複数の支持装置20と、各支持装置20の作動を制御する支持制御装置30と、各支持装置20の上端部に配設されたロードセル31などを備える。尚、前記テーブル11と主軸12とは図示しない適宜送り機構部によって前記各方向に移動せしめられる。
【0025】
前記支持装置20は、内部が中空に形成された円筒状の本体21と、本体21内の下部に固設された下部部材22と、軸受23を介し下部部材22によって回転可能に支持されるウォームホイール24と、ウォームホイール24の中心部に螺合し、このウォームホイール24の回転に伴って矢示方向(上下方向)に昇降する昇降部材25と、ウォームホイール24と噛合するウォーム26と、ウォーム26に減速機(図示せず)を介して回転動力を付与し、このウォーム26を回転させる駆動モータ27とを備えて構成されており、前記ロードセル31を介し昇降部材25によってワークWの底面が支持される。
【0026】
尚、前記各ロードセル31は、ワークWを支持することによって各支持装置20に作用する力を検出するために設けられている。各支持装置20に作用する力は、当該支持装置20の上下方向における支持位置によってそれぞれ異なるため、これを検出することによって、各支持装置20の支持位置をそれぞれ把握することができる。
【0027】
前記支持制御装置30は、各ロードセル31によって検出される荷重値を受信し、受信した荷重値が予め設定された目標荷重値となるように、各駆動モータ27を駆動制御して、各支持装置20の支持位置をそれぞれ調整するとともに、各ロードセル31によって検出される荷重値を、通信回線35を介して前記測定装置40に送信する。尚、前記目標荷重値は、図示しない適宜入力装置から入力される。
【0028】
前記測定装置40は、図1,図3,図4及び図5に示すように、ワークWが載置される測定台41を具備した三次元測定機42と、前記支持装置20と同一間隔で測定台41上に配置されるとともに、当該支持装置20によって支持されたワークW底面の支持部位と同一部位を支持可能となった複数の支持装置50と、各支持装置50の作動を制御する支持制御装置60と、各支持装置50の上端部に配設されたロードセル61とを備えて構成される。
【0029】
前記三次元測定機42は、その詳細な構造については図示しないが、ワークWに接触したときにのみ検出信号を出力する測定子43と、測定子43を直交3軸方向に移動させる駆動機構部(図示せず)と、駆動機構部(図示せず)に付設されて測定子43の位置を検出するリニアエンコーダ(図示せず)と、測定子43から出力される検出信号、及びリニアエンコーダ(図示せず)によって検出される位置データを基に、ワークWの実加工面形状に係るデータを算出する形状データ算出処理部(図示せず)などを備えている。
【0030】
前記支持装置50は、本体51,下部部材52,軸受53,ウォームホイール54,昇降部材55,ウォーム56,駆動モータ57などからなり、昇降部材55により前記ロードセル61を介してワークW底面を支持する。尚、支持装置50は前記支持装置20と同じ構造であるので、その詳細な説明については、これを省略する。
【0031】
前記支持制御装置60は、各ロードセル61によって検出される荷重値を受信するとともに、前記支持制御装置30から送信された荷重値を受信し、各ロードセル61によって検出される荷重値と、これに対応する前記支持制御装置30から受信した荷重値とが同一の値となるように、即ち、各支持装置50相互間における上下方向の支持位置関係が、前記各支持装置20によって支持された上下方向の支持位置関係と同一になるように、各駆動モータ57を駆動制御して、各支持装置50の支持位置をそれぞれ調整する。
【0032】
以上のように構成された本例の加工・測定システム1によれば、以下に説明するようにして、ワークWが加工装置10により機械加工され、機械加工されたワークWの加工面形状が測定装置40により測定される。
【0033】
まず、ワークWは、その底面が各支持装置20によって支持された状態で、適宜クランプ装置(図示せず)などによってテーブル11上に固定される。このとき、各ロードセル31によって検出される荷重値が、予め設定された目標荷重値となるように、各駆動モータ27が支持制御装置30によって駆動制御されて、各支持装置20における上下方向の支持位置がそれぞれ調整される。また、各ロードセル31によって検出される荷重値は、支持制御装置30によって通信回線35を介して測定装置40の支持制御装置60に送信される。
【0034】
その後、工具Tが装着され、適宜回転駆動せしめられる主軸12と、テーブル11とが、送り機構部(図示せず)によって前記各方向にそれぞれ移動せしめられることにより、ワークWと工具Tとが相対移動せしめられて、当該工具TによってワークWが加工される。
【0035】
そして、機械加工されたワークWはテーブル11上から取り外されて測定装置40に搬入され、前記支持装置20による支持部位と同一部位が各支持装置50によってそれぞれ支持される。ついで、各ロードセル61によって検出される荷重値と、これに対応する支持制御装置30から受信した荷重値とが同じ値となるように、即ち、各支持装置50相互間における上下方向の支持位置関係が、前記各支持装置20相互間における上下方向の支持位置関係と同じ状態となるように、支持制御装置60により各駆動モータ57が駆動制御され、各支持装置50における支持位置がそれぞれ調整される。
【0036】
これにより、ワークWは、加工装置10の支持装置20によって支持された支持状態と同じ状態で、測定装置20の支持装置50によって支持されることになる。
【0037】
その後、駆動機構部(図示せず)によって測定子43を予め設定された各測定位置に移動させ、当該測定位置において測定子43をワークWに接触させることにより、測定子43から接触信号が出力され、この接触信号と、リニアエンコーダ(図示せず)によって検出される位置データとを基に、形状データ算出処理部(図示せず)においてワークWの実加工面形状が算出される。
【0038】
ところで、上述したように、支持具等によってワークW底面の複数個所を支持した場合、自重によってワークWに変形を生じるため、測定時の支持状態が加工時の支持状態と異なる場合には、加工時のワークWの変形状態と測定時のワークWの変形状態とが異なることとなり、結果、ワークWの加工面形状が加工時と測定時とで異なるという問題を生じる。
【0039】
本例の加工・測定システム1によれば、測定時のワークWの支持状態が加工時の支持状態と同じ状態となるようにしているので、測定時のワークWの変形状態を加工時のワークWの変形状態と同じ状態にすることができ、この結果、ワークWの加工面形状を加工時と測定時とで一致させることが可能となる、即ち、加工時のワークWの加工面形状を測定時に再現することが可能となる。これにより、機械加工後の加工面形状の実態を正確に測定(把握)することができ、このようにして正確に測定された加工面形状の実態を次加工に反映することで、加工精度の更なる向上を図ることができる。
【0040】
また、加工時のワークWの支持状態に係るデータを、通信回線35を介し測定装置40に送信して、測定時のワークWの支持状態を加工時の支持状態に合わせるようにしているので、測定時の支持状態を加工時のそれに合わせるに当たり、これを正確且つ容易に行うことができる。
【0041】
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。
【0042】
上例では、各支持装置20,50の支持位置を、各支持装置20,50に作用する力から把握するように構成したが、これに限られるものではなく、前記駆動モータ27,57をサーボモータとするとともに、前記ロードセル31,61を前記サーボモータに付設されたロータリエンコーダとして、当該ロータリエンコーダによりサーボモータの回転位置を検出することによって、各支持装置20,50の支持位置を検出するように構成することもできる。
【0043】
この場合、前記支持制御装置30は、各ロータリエンコーダ(支持装置20側)によって検出される回転位置が、適宜設定された目標回転位置と一致するように、各サーボモータ(支持装置20側)を駆動制御し、前記支持制御装置60は、各ロータリエンコーダ(支持装置50側)によって検出される回転位置と、支持制御装置30から受信した回転位置とが同一の値になるように、各サーボモータ(支持装置50側)を駆動制御する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る加工・測定システムの概略構成を示したブロック図である。
【図2】本実施形態に係る加工装置の一部を示した正面図である。
【図3】本実施形態に係る測定装置の一部を示した正面図である。
【図4】本実施形態に係る支持装置などの概略構成を一部ブロック図で示した平面図である。
【図5】図4における矢示A−A方向の断面図である。
【符号の説明】
1 加工・測定システム
10 加工装置
11 テーブル
12 主軸
20,50 支持装置
25,55 昇降部材
27,57 駆動モータ
30,60 支持制御装置
31,61 ロードセル
40 測定装置
41 測定台
42 三次元測定機
43 測定子
Claims (7)
- 支持具により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する方法であって、
昇降機構部を備えた複数の支持手段の前記昇降機構部によって前記被加工物の底面を支持するとともに、該各昇降機構部による支持部位を、機械加工時に前記支持具により支持された支持部位と同一にし、且つ前記各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係を、機械加工時に前記支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にした後、前記被加工物の加工面形状を測定するようにしたことを特徴とする測定方法。 - 支持具により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する装置であって、
前記被加工物の三次元形状を測定する三次元測定手段と、
昇降機構部を備え、機械加工時に前記支持具によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位を、該昇降機構部によって支持する複数の支持手段と、
前記各昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の力学量検出手段と、
前記各力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各昇降機構部を駆動制御して、該各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係を、機械加工時に前記支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にする制御手段とを備えてなることを特徴とする測定装置。 - 前記力学量検出手段が、前記昇降機構部の上下方向における位置を検出する位置検出器から構成され、
前記力学量が、前記昇降機構部の上下方向における位置として把握される請求項2記載の測定装置。 - 前記力学量検出手段が、前記昇降機構部に作用する力を検出する力検出器から構成され、
前記力学量が、前記昇降機構部に作用する力として把握される請求項2記載の測定装置。 - 第1昇降機構部を有し、該第1昇降機構部によって被加工物の底面を支持する複数の第1支持手段、前記各第1昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の第1力学量検出手段、並びに、前記各第1力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各第1昇降機構部を駆動制御する第1制御手段を備え、前記各第1昇降機構部によって支持された被加工物を機械加工する加工装置と、
第2昇降機構部を備え、機械加工時に前記第1昇降機構部によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位を、該第2昇降機構部によって支持する複数の第2支持手段、前記各第2昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の第2力学量検出手段、該各第2力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各第2昇降機構部を駆動制御する第2制御手段、並びに、前記第2支持手段によって支持された前記被加工物の三次元形状を測定する三次元測定手段を備えた測定装置とを、
電気通信回線を介し接続して構成される加工・測定システムであって、
前記測定装置の第2制御手段が、前記加工装置の各第1力学量検出手段によって検出された力学量を前記加工装置から受信し、受信した力学量と前記各第2力学量検出手段によって検出される力学量とが同一の値となるように、前記各第2昇降機構部を駆動制御するように構成されてなることを特徴とする加工・測定システム。 - 前記第1,第2力学量検出手段が、それぞれ前記第1,第2昇降機構部の上下方向における位置を検出する位置検出器から構成され、
前記力学量が、前記第1,第2昇降機構部の上下方向における位置として把握される請求項5記載の加工・測定システム。 - 前記第1,第2力学量検出手段が、それぞれ前記第1,第2昇降機構部に作用する力を検出する力検出器から構成され、
前記力学量が、前記第1,第2昇降機構部に作用する力として把握される請求項5記載の加工・測定システム。
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