JP2009180700A - Cylindrical shape measuring device and cylindrical surface shape measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の変位センサを用い、被測定円筒の円母線の真円形状と直線母線の真直形状を含む円筒形状の測定を簡易に高精度に行う円筒形状測定装置、およびその測定装置を用いて被測定円筒の形状を測定する方法に関する。 The present invention relates to a cylindrical shape measuring apparatus that uses a plurality of displacement sensors and performs measurement of a cylindrical shape including a circular shape of a circular line of a cylinder to be measured and a straight shape of a straight line with high accuracy, and a measuring device thereof. The present invention relates to a method for measuring the shape of a cylinder to be measured.
金属工作機械上における円筒ロール、丸管、クランクピンなどの円筒の直径や真円度を測定する測定が行われている。 Measurements are performed to measure the diameter and roundness of cylinders such as cylindrical rolls, round tubes and crank pins on metal machine tools.
例えば、幾何学的中心を有し、回転軸線の回りで回転して、該回転軸線に対して直交する回転平面を形成するように、サポート手段に取り付けられている、回転可能な装置と共に使用されて、前記回転可能な装置が前記軸線の回りで回転する際に、前記回転平面の中における前記回転可能な装置の位置的パラメータ、幾何学的パラメータ及び運動学的パラメータの1つあるいはそれ以上を測定するための測定装置であって、 前記回転可能な装置に対して固定されると共に、前記回転可能な装置の幾何学的中心と実質的に同心円状の既知の曲率半径を有する円弧に沿って角度方向に互いに隔置された、複数の間隔マーカーと、 前記幾何学的中心の回りの3つの異なる角位置においてそれぞれ前記サポート手段に対して固定され、前記回転可能な装置が前記回転軸線の回りで回転する際に、前記マーカーを検知するための、少なくとも3つのセンサと、 前記各々のセンサによって検知された隣接するマーカーの間の角位置を、最後のマーカーが前記各々のセンサによって検知された後の測定された時間経過の関数として補間するための、補間手段と、 前記各々のセンサによる前記マーカーの検知、並びに、最後のマーカーが前記各々のセンサによって検知された後の測定された時間経過の関数として、前記1又はそれ以上のパラメータを測定するための測定手段とを備える測定装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, used with a rotatable device having a geometric center and attached to a support means to rotate about an axis of rotation to form a plane of rotation orthogonal to the axis of rotation. And when the rotatable device rotates about the axis, one or more of the positional, geometric and kinematic parameters of the rotatable device in the plane of rotation. A measuring device for measuring along an arc fixed with respect to the rotatable device and having a known radius of curvature substantially concentric with the geometric center of the rotatable device A plurality of spacing markers spaced apart from one another in an angular direction and fixed to the support means at three different angular positions around the geometric center and rotatable As the device rotates about the axis of rotation, at least three sensors for detecting the marker and the angular position between adjacent markers detected by each sensor, the last marker is the Interpolating means for interpolating as a function of the measured time course after being detected by each sensor, detection of the marker by each sensor, and the last marker detected by each sensor A measuring device has been proposed comprising measuring means for measuring the one or more parameters as a function of the later measured time course (see, for example, Patent Document 1).
また、加工物及びマスターゲージの直径をわたる両側に測定子を接触して円筒状加工物直径を測定する寸法測定装置と、寸法測定装置を円筒状加工物とマスターゲージ間で移動させる送り装置と、マスターゲージの回転駆動手段を備えた定寸装置も知られている(例えば、特許文献2参照。)。 Further, a dimension measuring device for measuring a cylindrical workpiece diameter by contacting a measuring element on both sides of the workpiece and the diameter of the master gauge, and a feeding device for moving the dimension measuring device between the cylindrical workpiece and the master gauge A sizing device having a master gauge rotation drive means is also known (for example, see Patent Document 2).
また、回転軸にて回転可能に支持された工作物と一体成形され、前記回転軸から偏心した円筒の真円度を測定する真円度測定装置であって、前記円筒の半径を三点接触法により測定する三点接触式測定器と、前記円筒の前記回転軸に垂直な断面上の円周に沿って前記三点接触式測定器を接触移動させる測定器滑動手段と、前記真円度測定装置に対する前記回転軸の相対位置xを測定する位置測定手段と、前記円筒の前記回転軸周りの回転角Ψを測定する回転角測定手段と、前記回転軸の周りを回転する前記円筒の真円度を前記相対位置x、前記回転角Ψ、及び、前記三点接触式測定器の出力値yより算出する真円度演算手段とを有することを特徴とする真円度測定装置が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。 Also, a roundness measuring device that is integrally formed with a workpiece rotatably supported by a rotating shaft and measures the roundness of a cylinder eccentric from the rotating shaft, wherein the radius of the cylinder is contacted at three points A three-point contact type measuring instrument for measuring by a method, a measuring instrument sliding means for moving the three-point contact type measuring instrument in contact with a circumference on a cross section perpendicular to the rotation axis of the cylinder, and the roundness Position measuring means for measuring the relative position x of the rotation axis with respect to the measuring device; rotation angle measuring means for measuring the rotation angle Ψ around the rotation axis of the cylinder; and true of the cylinder rotating around the rotation axis. A roundness measuring apparatus is proposed, characterized by comprising roundness calculating means for calculating roundness from the relative position x, the rotation angle Ψ, and the output value y of the three-point contact measuring device. (For example, refer to Patent Document 3).
直径2Rの円筒状ワ−ク側端を主軸台と心押台よりなるワ−ク把持具で把持し、ワ−クを回転させながら回転する砥石車でワ−クの外周を研削し、ワ−クの径方向にrだけ研削した所望の定寸となったときにワ−クの研削終点を検出する方法において、前後スライドテ−ブル上のワ−クの研削開始にレ−ザ光が当たるように、かつ、ワ−クの軸芯に対し垂直な方向の位置に設けられたレ−ザ変位センサを用いてレ−ザ変位センサから研削されているワ−クの外周までの距離Liを測定し、研削開始時のワ−クの外周までの距離L0と研削中の前記距離Liの変位幅(Δ=L0−Li)がrとなったときを円筒状ワ−クの研削終了とする方法も提案されている(例えば、特許文献4参照。)。 The end of the cylindrical workpiece having a diameter of 2R is gripped by a workpiece gripper composed of a headstock and a tailstock, and the outer periphery of the workpiece is ground with a grinding wheel that rotates while the workpiece is rotated. -In the method of detecting the grinding end point of the workpiece when the desired fixed size is obtained by grinding by r in the radial direction of the workpiece, the laser beam hits the grinding start of the workpiece on the front and rear slide table. Thus, the distance L i from the laser displacement sensor to the outer periphery of the workpiece being ground using the laser displacement sensor provided at a position perpendicular to the axis of the workpiece When the displacement width (Δ = L 0 -L i ) between the distance L 0 to the outer periphery of the workpiece at the start of grinding and the distance L i during grinding becomes r, the cylindrical workpiece A method of finishing the grinding is also proposed (see, for example, Patent Document 4).
更に、円筒体の高精度測定に、その円母線形状を測定する真円度測定のための3点法(Vブロック法またはサドルゲージ法)も知られている(例えば、非特許文献1参照。)。 Furthermore, a three-point method (V-block method or saddle gauge method) for measuring roundness for measuring the circular generatrix shape is also known for high-precision measurement of a cylindrical body (for example, see Non-Patent Document 1). ).
また、変位センサを6個所定の位置に配置して円筒形状を測定する方法も知られている(例えば、非特許文献2参照。)。 In addition, a method of measuring a cylindrical shape by arranging six displacement sensors at predetermined positions is also known (see, for example, Non-Patent Document 2).
回転主軸などの高精度化に伴い、円筒形状の評価も直線母線の真円度と真直度を個別に評価して得られる情報だけでは工作機械加工メーカーから要求される評価精度を満たせなくなっている。特に円筒の中心軸の曲がりや軸に沿う方向で生じる直径の変化などが従来の真円度測定の三点法だけでは評価できず、また、三点法による真直形状測定を多数の回転角位置で繰り返しても真円形状が合わせて評価されないと必要な精度での円筒形状の評価はできない。 Along with the high accuracy of rotating spindles, etc., the cylindrical shape can no longer satisfy the evaluation accuracy required by machine tool manufacturers only with the information obtained by evaluating the roundness and straightness of the straight busbars individually. . In particular, the bending of the central axis of the cylinder and the change in diameter that occurs in the direction along the axis cannot be evaluated by the conventional three-point method of roundness measurement. Even if the process is repeated, the cylindrical shape cannot be evaluated with the required accuracy unless the perfect circular shape is evaluated together.
上記非特許文献2のように変位センサを5,6本用いて真円度測定の3点法と真直度測定の3点方を同時に実施して円筒を機上測定する方法も提案されているが、多くの変位センサを用いるので測定システムが高価になること、センサ相互のドリフト特性の違いなどが誤差要因になることなどから実用に到っていない。
As described in
本発明は、かかる問題点に鑑み、真円度測定と真直度測定の3点法を最小のセンサの数で同時に実現する多点法を提供し、多点法による円筒計測システムにおける価格の問題とドリフトの問題を解決する円筒表面形状測定手段の提供を目的とする。 In view of such problems, the present invention provides a multipoint method that simultaneously realizes the three-point method of roundness measurement and straightness measurement with the minimum number of sensors, and the problem of cost in a cylindrical measurement system based on the multipoint method. An object of the present invention is to provide a cylindrical surface shape measuring means that solves the problem of drift.
請求項1の発明は、被測定円筒をその中心軸で回転自在に支持する被測定物の回転支持装置、この回転支持装置に支持された被測定円筒面上にあり該被測定円筒の中心軸に平行な一つの直線母線上の1点とこの直線母線を挟む位置にある2点の合計3点で被測定円筒面に当接する三叉センサホルダと、該三叉センサホルダに前記3つの当接点からの距離が既知の位置に配置された第一変位センサと第二変位センサの2個を備える円筒形状測定装置を提供するものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a rotation support device for an object to be measured which rotatably supports a cylinder to be measured on its central axis, and a central axis of the cylinder to be measured which is on a measurement cylinder surface supported by the rotation support device A trident sensor holder that abuts the cylindrical surface to be measured at a total of three points, one point on one straight line parallel to the line and two points sandwiching the straight line, and the three fork sensor holder from the three abutment points A cylindrical shape measuring device including two sensors, a first displacement sensor and a second displacement sensor, which are arranged at a position where the distance is known is provided.
請求項2の発明は、前記直線母線を挟む三叉センサホルダと被測定円筒面との2つの当接点と、前記2個の変位センサのうちの一方の変位センサによる測定点が被測定円筒の一つの軸直角断面(xy断面:円母線ともいう)上にあることを特徴とする、請求項1に記載の円筒形状測定装置を提供するものである。
The invention according to
請求項3の発明は、 前記三叉センサホルダに取り付けられる変位センサの少なくとも一つが、角度センサ、または、変位と角度を同時に検出できる混合センサであることを特徴とする円筒形状測定装置を提供するものである。
The invention according to
請求項4の発明は、被測定円筒の前記直線母線を挟む三叉センサホルダの2つの当接点が、被測定円筒の軸に直交する回転軸を持つ姿勢で三叉センサホルダに対して回転可能な構造で取り付けられた支持用円筒ころで形成されることを特徴とする円筒形状測定装置を提供するものである。 The invention according to claim 4 is a structure in which two contact points of the trident sensor holder sandwiching the straight generatrix of the cylinder to be measured can rotate with respect to the trident sensor holder in a posture having a rotation axis orthogonal to the axis of the cylinder to be measured. A cylindrical shape measuring device is provided, which is formed by a supporting cylindrical roller attached in (1).
請求項5の発明は、被測定円筒の前記直線母線を挟む三叉センサホルダと被測定円筒との2つの当接点が、三叉センサホルダの内側に備えられた2つの球と被測定円筒との接点であることを特徴とする円筒形状測定装置を提供するものである。 According to the invention of claim 5, two contact points between the trident sensor holder and the cylinder to be measured sandwiching the straight generatrix of the cylinder to be measured are the contact points between the two spheres provided inside the trident sensor holder and the cylinder to be measured. The present invention provides a cylindrical shape measuring apparatus.
請求項6の発明は、請求項1に記載の円筒形状測定装置を用い、数値制御円筒研削装置の主軸台と心押台とで支持されている被測定円筒の表面形状を測定する方法において、円筒形状測定装置の三叉センサホルダを被測定円筒面の直線母線上であって、被測定円筒の中心軸に平行な一つの直線母線上の1点と、この直線母線を挟む位置にある三叉センサホルダの被測定円筒表面の2点で当接させるように配置し、回転中の被測定円筒の中心軸(z軸)に平行に前記三叉センサホルダを直線移動、または被測定円筒を該被測定円筒の中心軸(z軸)方向に移動させて被測定円筒の前記軸直角断面(xy断面)の真直形状値を測定し、変位センサのコントローラより変位センサと被測定円筒間の距離値および角度センサにより送信される被測定円筒の基準直線母線に対する角度の値を電気信号としてパソコンの記録部に送信し、データ解析部で送信されてきた距離および角度θの電気信号値からパソコンの記憶部に保管されている円筒表面形状測定プログラムに従って円筒の中心軸に対し、角度θにおける位置の被測定円筒表面のx座標、y座標およびz座標の座標軸値を算出し、パソコン表示画面またはプリンタに円筒表面形状を出力することを特徴とする、円筒の表面形状測定方法を提供するものである。
The invention of
本発明は、多点法に必要な測定点の一部を三叉センサホルダの被測定面への当接点に置き換えることで2本の変位センサで円筒形状を測定でき、変位センサの数を減じることができる。 In the present invention, a cylindrical shape can be measured with two displacement sensors by replacing some of the measurement points necessary for the multipoint method with the contact points of the trident sensor holder with the surface to be measured, and the number of displacement sensors can be reduced. Can do.
本発明はまた、三叉センサホルダと被測定円筒との当接点を回転可能なコロまたは球で形成し、円筒と三叉センサホルダの接触面積を小さくできるので、三叉センサホルダの磨耗が小さく抑えられる。 In the present invention, the contact point between the trident sensor holder and the cylinder to be measured is formed by a rotatable roller or sphere, and the contact area between the cylinder and the trident sensor holder can be reduced, so that wear of the trident sensor holder can be kept small.
本発明はまた、被測定円筒面に対する当接点を立体的に配置することで、従来個別に成されていた真円度測定と真直度測定を一体化できるので、工作機械上で被測定円筒の表面形状を測定できる。 In the present invention, the roundness measurement and the straightness measurement which have been conventionally performed can be integrated by arranging the contact points on the measurement cylindrical surface in a three-dimensional manner. The surface shape can be measured.
変位センサとして角度センサを用いると円筒形状の高周波成分の測定も可能で、また、円筒軸の曲がりに関する直行二成分の位置が測定可能である。 When an angle sensor is used as the displacement sensor, it is possible to measure a cylindrical high-frequency component, and it is possible to measure the position of two orthogonal components related to the bending of the cylindrical axis.
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。図1は円筒形状測定装置の正面図、図2は円筒形状測定装置の側面図、および、図3は円筒形状測定装置の平面図である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. 1 is a front view of the cylindrical shape measuring apparatus, FIG. 2 is a side view of the cylindrical shape measuring apparatus, and FIG. 3 is a plan view of the cylindrical shape measuring apparatus.
図1、図2および図3に示す円筒形状測定装置1において、2は被測定円筒、3は三叉センサホルダ、3a,3bは円筒コロ、3cは球、4a,4bは変位センサ、5aは第一接点、5bは第二接点、5cは第三接点である。6は直線母線、7,7はセンサコントローラ、8はパソコン、8aはパソコン表示画面、9は操作盤、10はプリンタおよび11はマウスである。
In the cylindrical
コントローラ7は、変位センサ4a,4bと被測定円筒2間の距離値および角度センサ4aにより送信される被測定円筒の基準直線母線6に対する角度をコントローラ7が受信し、その値を電気信号としてパソコン8の記録部に送信し、データ解析部(演算部)は送信されてきた距離および角度の電気信号値からパソコンの記憶部に保管されている円筒表面形状測定プログラムに従って円筒の中心軸に対し、角度θにおける位置の被測定円筒表面のx座標、y座標およびz座標の座標軸値算出し、パソコン表示画面8aに映し出すことができる。
The
図1と図2には表示されていないが、被測定円筒2の両側面は、数値制御円筒研削装置の主軸台12と心押台13とで回転可能に支持され、主軸台と心押台は同一スライドテーブル上に固定されている。前記三叉センサホルダ3は、リニアーアクチュエータによりその長手方向を被測定円筒の軸心に平行に移動できる構造としてもよい。さらに、変位センサ4a,4bの位置座標(xi,yi,zi)は、三叉センサホルダ3と被測定円筒面上の前記3点の位置座標と相関して図示されていない数値制御円筒研削装置に備えられたx軸リニアスケール、y軸リニアスケールおよびz軸リニアスケールで読み込むようになっている。
Although not shown in FIGS. 1 and 2, both side surfaces of the
非接触型静電容量型変位センサとしては、日本エー・ディ・イー株式会社のマイクロセンス5000シリーズ(商品名)、小野測販株式会社の静電容量型変位計VE−521(商品名)、株式会社光洋製作所のアキュメジャー(商品名)、岩通計測株式会社のST−3571A(商品名)、テクノシステム株式会社のATSシリーズ、ATMシリーズ(商品名)等が利用できる。非接触型静電容量型変位計に代えて、非接触型レーザ光変位センサを用いてもよい。角度センサは、株式会社交洋製作所よりマイクロ角度センサKMA−200S(商品名)が、データテック株式会社より3次元角度センサM12P(商品名)が入手できる。 As non-contact type capacitance displacement sensors, Japan AE Co., Ltd. Microsense 5000 series (product name), Ono Sakusa Co., Ltd. capacitance displacement meter VE-521 (product name), AccuMajor (trade name) of Koyo Seisakusho Co., Ltd., ST-3571A (trade name) of Iwatori Measurement Co., Ltd., ATS series, ATM series (trade name) of Techno System Co., Ltd., etc. can be used. A non-contact type laser beam displacement sensor may be used instead of the non-contact type capacitance displacement meter. As for the angle sensor, a micro angle sensor KMA-200S (trade name) can be obtained from Koyo Manufacturing Co., Ltd., and a three-dimensional angle sensor M12P (trade name) can be obtained from Datatec Corporation.
また、被測定円筒が回転しているときの被測定円筒の三叉センサホルダ3と前記被測定円筒面とが当接する2点5a,5bを結ぶ線分の角度αを検出できる角度センサ、および当該線分が回転すると同時に長さ変化を生じる場合に、角度変化と長さ変化を一体化したセンサ部で検出して、当該線分の相対的変位を測定できる混合センサ4aまたは4bは、キーエンス株式会社より角度・変位複合センサKS−1100(商品名)が、サンクス株式会社より高精度レーザ角度・高さ変位センサHL−V1(商品名)が販売されている。
An angle sensor capable of detecting an angle α of a line segment connecting two
三叉センサホルダ3のホルダーバー3k,3m,3n,3rの素材は、ステンレス、ポリアセタールやナイロン6などのエンジニアリングプラスチックス、石英、セラミックなどの剛体材料が用いられる。コロ3a,3bや球3cの素材としては、ポリアセタール、ポリ(ジフロロジクロロエタン)、ナイロン6、ステンレス、セラミックが用いられる。円筒ころの代わりに球を用いても良い。
As the material of the
以下、図1、図2およびと図3を参照しながら被測定円筒の外径や真円度を求める測定原理を数式で説明する。 Hereinafter, the measurement principle for obtaining the outer diameter and roundness of the cylinder to be measured will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG.
被測定円筒2の中心軸をz軸に採り、変位センサ4a,4bの感度方向がx軸に合わせてある。xz断面に直行する方向にy軸を採る。図2に示すように、三叉センサホルダ3のバー3m,3nが被測定円筒2の直線母線6にV字型で股がる2本の円筒コロ3a,3aで被測定円筒軸直角断面(xy断面)上の2つの当接点5a,5bが形成され、第一の変位センサ4aの測定点が前記軸直角断面(xy断面)上にある。また、図1に示すように第二の変位センサ4bと第三の当接点5cを形成する球3c保持部材が三叉センサホルダーバ3kの一つの直線母線上にある。第3の当接点を形成する三叉センサホルダの支点は、被測定円筒と互いに軸を直交させる円筒状の支点でも、球状の支点でもよい。本発明のセンサホルダは被測定円筒に3点で接して、被測定面が設計値どおりの理想的な形状であれば、被測定円筒表面上の3点の接点で支えられた三叉センサホルダ3と被測定円筒2の相対位置関係が決まるので、変位センサ4a,4bの出力は予め校正された値になる。
The central axis of the
いま、被測定円筒の形状F(z,θ)が、中心軸のx、y方向への曲がりΔX(z)、ΔY(z)と、平均半径の変化R(z)、各点での平均半径からの偏差(真円形状) r(z,θ)で表されるとする。 Now, the shape F (z, θ) of the cylinder to be measured is bent in the x and y directions of the central axis ΔX (z), ΔY (z), the average radius change R (z), and the average at each point Deviation from radius (circular shape) Suppose that it is represented by r (z, θ).
F(z,θ)=ΔX(z)+ΔY(z)+R(z)+r(z,θ) (1) F (z, θ) = ΔX (z) + ΔY (z) + R (z) + r (z, θ) (1)
2つの当接点における円筒面形状の影響を考慮した三叉センサホルダの高さは、次式(2)で表される。 The height of the trident sensor holder in consideration of the influence of the cylindrical surface shape at the two contact points is expressed by the following equation (2).
S(z)= ΔX(z)+{R(z)+r(z,θ-π/2+α/2)+r(z,θ+π/2-α/2)}cos(α/2) (2) S (z) = ΔX (z) + {R (z) + r (z, θ-π / 2 + α / 2) + r (z, θ + π / 2-α / 2)} cos (α / 2) (2)
このとき、zの位置の軸直角断面を考えると真円形状はr(z,θ)であり、
その断面上に2つの当接点と変位センサがあると、三叉変位センサの出力は、次式(3)で表される。
At this time, considering a cross section perpendicular to the axis at the position of z, the perfect circular shape is r (z, θ),
If there are two contact points and a displacement sensor on the cross section, the output of the three-pronged displacement sensor is expressed by the following equation (3).
m1(z,θ)=R(z)+r(z,θ)−{R(z)+r(z,θ-π/2+α/2)+r(z,θ+π/2-α/2)}cos (α/2) (3) m1 (z, θ) = R (z) + r (z, θ) − {R (z) + r (z, θ−π / 2 + α / 2) + r (z, θ + π / 2−α / 2) )} Cos (α / 2) (3)
ただし、変位センサの出力は、三叉センサホルダ3のx方向位置を基準にしたときの、当該センサ測定点における被測定円筒面の形状高さで表している。以後も同様である。
However, the output of the displacement sensor is represented by the shape height of the cylindrical surface to be measured at the sensor measurement point when the position of the
当接点や変位センサの位置zが同一軸直角断面上に無いときは、それぞれの当接点のz軸座標と変位センサ位置のz座標を上式に代入すれば変位センサ出力に関して一応の近似式が成立する。 If the contact z or the position z of the displacement sensor is not on the same-axis cross section, substituting the z-axis coordinate of each contact point and the z-coordinate of the displacement sensor position into the above equation gives a temporary approximation for the displacement sensor output. To establish.
図1に示すように、直線母線6上の第3の当接点位置がz+L3で、第2のセンサ位置がz+Ls、母線を挟む円筒コロの当接点がzであれば、第三の当接点高さ S(z+L3)は、次式(4)のようになる。
As shown in FIG. 1, if the third contact point position on the
S(z+L3)=ΔX(z+L3)+R(z+L3)+r(z+L3、θ) (4) S (z + L3) = ΔX (z + L3) + R (z + L3) + r (z + L3, θ) (4)
第二の変位センサ4b位置での変位出力は、次式(5)で示される。
The displacement output at the position of the
m2(z,θ)=X(z+Ls)−X(z)+R(z+Ls)+r(z+Ls,θ)−{S(z+L3)−S(z)}Ls/L3 (5) m2 (z, θ) = X (z + Ls) −X (z) + R (z + Ls) + r (z + Ls, θ) − {S (z + L3) −S (z)} Ls / L3 ( 5)
第二の変位センサ位置で直線母線の傾斜を検出する角度センサ4bがあれば、その角度センサ出力は、次式(6)で表される。
If there is an
μ2(z,θ)=dR(z+Ls)/dz+dr(z+Ls,θ) /dz−{S(z+L3)−S(z)}/L3 (6) μ2 (z, θ) = dR (z + Ls) / dz + dr (z + Ls, θ) / dz− {S (z + L3) −S (z)} / L3 (6)
第二のセンサ位置で円周接線の傾斜を検出する角度センサ4bがあれば、その角度センサ出力は、次式(7)で表される。
If there is an
ν2(z,θ)={ΔY(z+Ls)−ΔY(z)}/R+dr(z+Ls,θ) /Rdθ (7) ν2 (z, θ) = {ΔY (z + Ls) −ΔY (z)} / R + dr (z + Ls, θ) / Rdθ (7)
前記式(2)乃至式(7)をセンサ出力一回転分について平均すると、それぞれ次式(8),(9),(10),(11),(12)および式(13)を得る。 When the equations (2) to (7) are averaged for one rotation of the sensor output, the following equations (8), (9), (10), (11), (12) and equation (13) are obtained, respectively.
Save(z)= ΔX(z)+R(z) cos(α/2) (8) Save (z) = ΔX (z) + R (z) cos (α / 2) (8)
Save(z+L3)=ΔX(z+L3)+R(z+L3) (9) Save (z + L3) = ΔX (z + L3) + R (z + L3) (9)
m1ave(z,θ)=R(z)−R(z) cos(α/2) (10) m1ave (z, θ) = R (z) −R (z) cos (α / 2) (10)
m2ave(z,θ)=X(z+Ls)−X(z)+R(z+Ls)−{Save(z+L3)−Save(z)}Ls/L3 (11) m2ave (z, θ) = X (z + Ls) −X (z) + R (z + Ls) − {Save (z + L3) −Save (z)} Ls / L3 (11)
μ2ave(z,θ)=dR(z+Ls)/dz−{Save(z+L3)−Save(z)}/L3 (12) μ2ave (z, θ) = dR (z + Ls) / dz− {Save (z + L3) −Save (z)} / L3 (12)
ν2ave(z,θ)={ΔY(z+Ls)−ΔY(z)}/R (13) ν2ave (z, θ) = {ΔY (z + Ls) −ΔY (z)} / R (13)
式(10)より、円筒の平均半径R(z)がR(z)=m1ave(z,θ)/{1−cos(α/2)}と導かれる。m1ave(z,θ)は被測定円筒2のテーパを含む平均直径変化を示す。
From the equation (10), the average radius R (z) of the cylinder is derived as R (z) = m1ave (z, θ) / {1-cos (α / 2)}. m1ave (z, θ) indicates the average diameter change including the taper of the
また、式(8)と式(9)より次式(14)が導かる。 Moreover, following Formula (14) is guide | induced from Formula (8) and Formula (9).
Save(z+L3)−Save(z)=ΔX(z+L3)−ΔX(z)+{R(z+L3)−R(z) cos(α/2)} (14) Save (z + L3) −Save (z) = ΔX (z + L3) −ΔX (z) + {R (z + L3) −R (z) cos (α / 2)} (14)
式(11)と式(14)より、次式(15)が導かれ、真直形状の3点法の差動となる。 From the equations (11) and (14), the following equation (15) is derived, which is a straight three-point differential.
m2ave(z,θ)−R(z+Ls)−{R(z+L3)−R(z) cos(α/2)}Ls/L3
=X(z+Ls)−X(z)−{ΔX(z+L3)−ΔX(z)}Ls/L3 (15)
m2ave (z, θ) −R (z + Ls) − {R (z + L3) −R (z) cos (α / 2)} Ls / L3
= X (z + Ls) −X (z) − {ΔX (z + L3) −ΔX (z)} Ls / L3 (15)
この式(15)を解析すれば、被測定円筒2の中心軸のxz断面での被測定円筒の真直形状が求められる。
If this equation (15) is analyzed, the straight shape of the cylinder to be measured in the xz section of the central axis of the
前式(13)のν2ave(z,θ)は、被測定円筒2の中心軸のyz断面での真直形状に関する2点法の差動出力が得られる。これを解析すれば、被測定円筒2の中心軸のyz断面での真直形状が求められる。
Ν2ave (z, θ) in the previous equation (13) provides a differential output of the two-point method relating to the straight shape in the yz section of the central axis of the
このように平均出力で決まる量を求めた後、前式(3)のm1(z,θ)をみると、軸方向の位置zでの軸直角断面の被測定円筒2の真円形状がわかる。中心軸の真直形状がわかれば、被測定円筒2の中心位置がわかるので、その位置での平均半径R(z)とr(z,θ)を使えば、被測定円筒2の三次元的な形状が出力される。
After obtaining the amount determined by the average output in this way, looking at m1 (z, θ) in the previous equation (3), the perfect circle shape of the
直線母線6の真直形状は、上記の円筒形状からも求められるが、また、θを固定したときの式(5)のm2(z,θ)から直線母線の真直形状が三点法出力として別途求めることもできる。
The straight shape of the
前式(6)のμ2(z,θ)、前式(12)のμ2ave(z,θ)は、上述の説明では使わなかったが、式(5)の代わりに式(6)を用いれば、真直形状に関する混合法出力となり、形状の高周波成分の詳細を知る上では有利になる。また、式(3)の代わりに式(7)を用いると円母線の真円形状に関する混合法出力が得られ、やはり、形状の高周波成分の詳細を知る上では有利になる。 Although μ2 (z, θ) in the previous equation (6) and μ2ave (z, θ) in the previous equation (12) were not used in the above description, if equation (6) is used instead of equation (5), This is a mixed method output for a straight shape, which is advantageous for knowing the details of the high-frequency component of the shape. Further, when Expression (7) is used instead of Expression (3), a mixed method output relating to the perfect circle shape of the circle bus is obtained, which is also advantageous in knowing details of the high-frequency component of the shape.
なお、図1においては測定用センサの一つ4aを、2つの円筒コロ3a,3bによる当接点5a,5bと同一の円母線上(xy断面)に配置しているが、この位置はz軸方向に移動させてもよい。また、変位センサは2個用いているが、当接点近傍に測定点があるような変位センサを1〜3個追加すると、当該の当接点が被測定物から離れるような状況が生じても誤差を生じない測定装置システムとすることができる。一箇所でも被測定円筒面からの分離が許される当接点があれば、三叉センサホルダ3を被測定円筒表面に押し付ける力の配分の均等性に余裕が生まれるという利点がある。
In FIG. 1, one of the measuring
円筒形状測定装置1を用い、数値制御円筒研削装置の主軸台12と心押台13とで支持されている被測定円筒の表面形状を測定するには、円筒形状測定装置1の三叉センサホルダ3のホルダーバー3kを被測定円筒面上方位置に備えさせ、被測定円筒の中心軸に平行な一つの直線母線上の1点と、この直線母線を挟む位置にある三叉センサホルダの被測定円筒表面の2点の合計3点で三叉センサホルダ3を被測定円筒面に当接させ、被測定円筒を回転させ、変位センサ4aで中心軸泡利に対する円筒表面形状を測定し、また、回転中の被測定円筒の中心軸(z軸)に平行に三叉センサホルダを直線移動または被測定円筒を該被測定円筒の中心軸(z軸)方向に移動させて被測定円筒の前記軸直角断面(xy断面)の真直形状値を測定し、コントローラ7,7より変位センサ4a,4bと被測定円筒2間の距離値および角度センサ4aにより送信される被測定円筒の基準直線母線6に対する角度の値を電気信号としてパソコン8の記録部に送信し、データ解析部(演算部)で送信されてきた距離および角度の電気信号値からパソコンの記憶部に保管されている前記式(1)から式(15)を含む円筒表面形状測定プログラムに従って円筒の中心軸に対し、角度θにおける位置の被測定円筒表面のx座標、y座標およびz座標の座標軸値を算出し、パソコン表示画面8aに映し出す。被測定円筒の外表面形状は、この真直形状値の中心軸移動方向の値を積分することにより被測定円筒の表面形状を算出し、パソコン表示画面8aに映し出すことができる。
In order to measure the surface shape of the cylinder to be measured supported by the
本発明の円筒形状測定装置の別態様として、三叉センサホルダ3と被測定円筒表面の当接点での摩擦による引っ掛かりの影響を低減するために、三叉センサホルダ3に微小振動装置を搭載することも容易である。また、被測定面の汚れや加工中に付着する加工液が測定に及ぼす影響を避けるために、当接点近傍に表面清掃用のパッドを押し付けて、清浄な面に対する機上測定を実施してもよい。
As another aspect of the cylindrical shape measuring apparatus of the present invention, a micro-vibration device may be mounted on the
本発明によれば、円筒の中心軸の曲がり測定や、円筒のテーパの測定も可能である。これは、従来行われている各種の三点法による真円形状測定のz軸の沿う繰り返しだけでは実現できなかったものである。 According to the present invention, it is possible to measure the bending of the central axis of the cylinder and the taper of the cylinder. This cannot be realized only by repeating along the z-axis for the measurement of a perfect circle shape by various three-point methods that are conventionally performed.
本発明の円筒形状測定装置は、工作機械に取り付けられている円筒の形状測定に利用できる。特に、当接点を構成する三叉センサホルダ3の支持部材に回転可能な円筒コロ5a,5b、球5cを用いれば、この機上測定は容易となる。
The cylindrical shape measuring apparatus of the present invention can be used for measuring the shape of a cylinder attached to a machine tool. In particular, if the rotatable
本発明の円筒表面形状の測定方法は、円筒のテーパを平均半径の変化として、真円形状測定のための三点法を利用するので、真直形状測定におけるゼロ点調整が不要である。 Since the cylindrical surface shape measurement method of the present invention uses a three-point method for measuring a perfect circle shape with the taper of the cylinder as a change in average radius, zero point adjustment in the straight shape measurement is unnecessary.
1 円筒形状測定装置
2 被測定円筒
3 三叉センサホルダ
4a,4b 変位センサまたは角度・変位混合センサ
5 変位センサホルダバ
6 直線母線
7 コントローラ
8 パソコン
10 プリンタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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JP2008022394A JP2009180700A (en) | 2008-02-01 | 2008-02-01 | Cylindrical shape measuring device and cylindrical surface shape measuring method |
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2008
- 2008-02-01 JP JP2008022394A patent/JP2009180700A/en active Pending
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