JP2015093346A

JP2015093346A - 工作機械の加工検査ワーク及びそれを用いた機上計測方法

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Publication number: JP2015093346A
Application number: JP2013233604A
Authority: JP
Inventors: 粂　隆行; Takayuki Kume; 隆行粂; 俊也成原; Toshiya Narihara; 道典千菊; Michinori Sengiku
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-05-18
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: US20160243663A1; WO2015072273A1; CN105592979A; CN105592979B; JP6159647B2; US10166644B2

Abstract

【課題】工作機械の機上計測により工作精度の検査を行うことができる工作機械の加工検査ワーク及びそれを用いた機上計測方法を提供する。【解決手段】加工検査ワーク１０において、六面体の形状の下面を除く５面を加工面１１〜１５とすると共に、当該加工面１１〜１５の各々に、各々の加工面１１〜１５と同一方向であって、面内の複数箇所の座標が既知の複数の基準面１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃを設け、当該加工検査ワーク１０を用いて、工作機械の機上計測を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械の機上計測を用いて、工作精度の検査を行うことができる工作機械の加工検査ワーク及びそれを用いた機上計測方法に関する。

工作機械の工作精度の検査方法として、従来は、工作機械でテストピースを加工後、３次元測定器を用いて加工後のテストピースを計測して、工作機械の工作精度を検査していた。

特開２００６−０２１２７７号公報

しかしながら、上述した検査方法では、３次元測定器が無い場合には測定ができず、又、３次元測定器の設置環境により精度が変化するという問題があった。

例えば、テストピースを加工した工作機械で機上計測を行って、精度測定をすることが提案されているが（特許文献１）、従来の機上計測では、工作機械が加工したテストピースを工作機械自身が計測することになるので、理論上、誤差がゼロになるおそれがあり、工作精度の検査に用いることは困難であった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、工作機械の機上計測により工作精度の検査を行うことができる工作機械の加工検査ワーク及びそれを用いた機上計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る工作機械の加工検査ワークは、
工作機械の機上計測に用いる加工検査ワークであって、
少なくとも１つの加工面と、当該加工面と同一方向であって、面内の複数箇所の測定点の座標が既知である少なくとも１つの基準面とを有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る工作機械の加工検査ワークは、
上記第１の発明に記載の工作機械の加工検査ワークにおいて、
六面体の形状を有し、前記六面体の形状の下面を除く５面を前記加工面とすると共に、当該加工面の各々に複数の前記基準面を設けた
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法は、
上記第１又は第２の発明に記載の工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法であって
前記工作機械で前記加工検査ワークを加工した後、前記工作機械のアタッチメントを前記加工検査ワークとの接触位置を検知する測定センサに交換し、
前記測定センサを用いて、前記基準面の前記測定点を測定する第１の測定を行い、
前記第１の測定の後、前記測定センサを用いて、前記基準面の前記測定点に隣接する前記加工面の測定点を測定する第２の測定を行い、
全ての前記基準面及び前記加工面について、前記第１の測定と前記第２の測定を交互に行い、全ての前記測定点の座標を検出する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法は、
上記第３の発明に記載の工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法において、
前記基準面及び前記加工面の前記測定点のうち、少なくとも前記加工面の前記測定点の座標は、当該測定点の位置と、当該測定点の位置を中心とする所定半径の円上の３つ以上の位置とを測定した座標の平均値から求める
ことを特徴とする。

本発明によれば、基準面を有する加工検査ワークを用いることにより、工作機械の機上計測を精度良く行うことができ、３次元測定器なしで、工作精度の検査を行うことができる。

又、本発明によれば、加工検査ワークの加工面において、測定対象ポイントを中心とした円状の複数のポイントを計測することにより、機上計測時の誤差データの排除が可能となり、測定データの信頼性を向上させることができる。

本発明に係る工作機械の加工検査ワークの実施形態の一例を示す図であり、（ａ）は、当該加工検査ワークを所定方向から見た斜視図であり、（ｂ）は、当該加工検査ワークを所定方向と逆の方向から見た斜視図である。本発明に係る工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法の実施形態の一例を説明する図であり、（ａ）は、当該加工検査ワークを所定方向から見た斜視図であり、（ｂ）は、当該加工検査ワークを所定方向と逆の方向から見た斜視図である。本発明に係る工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法の実施形態の一例を更に詳しく説明する図であり、（ａ）は、当該加工検査ワークの斜視図であり、（ｂ）は、基準面の測定点の拡大図であり、（ｃ）は、加工面の測定点の拡大図である。

以下、図１〜図３を参照して、本発明に係る工作機械の加工検査ワーク及びそれを用いた機上計測方法を説明する。

［実施例１］
図１は、本実施例の工作機械の加工検査ワークを示す図であり、図１（ａ）は、当該加工検査ワークを所定方向から見た斜視図であり、図１（ｂ）は、当該加工検査ワークを所定方向と逆の方向から見た斜視図である。又、図２は、本実施例の工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法を説明する図であり、図２（ａ）は、当該加工検査ワークを所定方向から見た斜視図であり、図２（ｂ）は、当該加工検査ワークを所定方向と逆の方向から見た斜視図である。又、図３は、本実施例の工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法を更に詳しく説明する図であり、図３（ａ）は、当該加工検査ワークの斜視図であり、図３（ｂ）は、基準面の測定点の拡大図であり、図３（ｃ）は、加工面の測定点の拡大図である。

本実施例の加工検査ワーク１０は、工作機械（図示省略）の機上計測で用いるものであり、工作機械で加工検査ワーク１０を加工後、その工作機械に取り付けた測定用センサを用いて、加工後の加工検査ワーク１０を機上計測して、工作機械の工作精度の検査を行うことができるものである。

具体的には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、加工検査ワーク１０は、六面体の形状を有し、六面体の下面を除く５つの加工面１１〜１５を各々切削加工して、加工面１１〜１５に各々基準面１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃを設けた構成である。

上面の加工面１１に対して同一方向の４つの基準面１１ａ〜１１ｄを設け、０度面の加工面１２に対して同一方向の３つの基準面１２ａ〜１２ｃを設け、９０度面の加工面１３に対して同一方向の３つの基準面１３ａ〜１３ｃを設け、１８０度面の加工面１４に対して同一方向の３つの基準面１４ａ〜１４ｃを設け、２７０度面の加工面１５に対して同一方向の３つの基準面１５ａ〜１５ｃを設けている。なお、便宜的に、加工面１２を０度面、加工面１３を９０度面、加工面１４を１８０度面、加工面１５を２７０度面とする。

そして、加工検査ワーク１０の全ての基準面１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃは、各々、測定基準となる既知の精度（既知の測定座標値）を複数有している。

具体的には、全ての基準面１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃについて、予め、３次元測定器で計測しており、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、基準面１１ａにおいては測定点Ｂ１、Ｂ２を測定し、基準面１１ｂにおいては測定点Ｂ３、Ｂ４を測定し、基準面１１ｃにおいては測定点Ｂ５、Ｂ６を測定し、基準面１１ｄにおいては測定点Ｂ７、Ｂ８を測定している。

同様に、基準面１２ａにおいては測定点Ｄ１、Ｄ２を測定し、基準面１２ｂにおいては測定点Ｄ３、Ｄ４を測定し、基準面１２ｃにおいては測定点Ｄ５、Ｄ６を測定している。又、基準面１３ａにおいては測定点Ｆ１、Ｆ２を測定し、基準面１３ｂにおいては測定点Ｆ３、Ｆ４を測定し、基準面１３ｃにおいては測定点Ｆ５、Ｆ６を測定している。又、基準面１４ａにおいては測定点Ｈ１、Ｈ２を測定し、基準面１４ｂにおいては測定点Ｈ３、Ｈ４を測定し、基準面１４ｃにおいては測定点Ｈ５、Ｈ６を測定している。又、基準面１５ａにおいては測定点Ｋ１、Ｋ２を測定し、基準面１５ｂにおいては測定点Ｋ３、Ｋ４を測定し、基準面１５ｃにおいては測定点Ｋ５、Ｋ６を測定している。

測定点Ｂ１〜Ｂ８、Ｄ１〜Ｄ６、Ｆ１〜Ｆ６、Ｈ１〜Ｈ６、Ｋ１〜Ｋ６は、各々、測定点の１箇所を測定しても良いが、ここでは、測定点近傍の複数箇所を測定し、それらの平均値を測定点の測定値とする。複数箇所の測定を行う場合には、例えば、後述する図３（ｂ）の測定点Ｋ２に示すように、測定点Ｋ２を含む直線の線上の複数箇所を測定しても良いし、後述する図３（ｃ）の測定点Ｊ１のように、測定点Ｊ１と共に、測定点Ｊ１を中心とする円上の複数箇所を測定しても良い。

このように、加工検査ワーク１０は、各加工面１１〜１５に対し、各々、測定基準となる複数の基準面１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃを有する構成であるが、少なくとも、１つの加工面に１つの基準面を有する構成であれば良い。但し、測定精度向上のためには、１つの加工面に複数の基準面を有する構成が望ましく、例えば、加工面１２〜１５は、各々、３つの基準面１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃを有する構成であるが、各加工面１２〜１５の下側に基準面を設け、加工面１１と同様に、４つの基準面を有する構成としても良い。

又、加工検査ワーク１０は、六面体の形状を切削加工して、基準面１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃを設けた構成であるが、直六面体（直方体）、正六面体（立方体）やその他の形状を切削加工したものでも良い。

このような構成を有する加工検査ワーク１０を用いた機上計測方法の一例について、図２、図３を参照して説明を行う。

計測を行う前に、上述した加工検査ワーク１０を工作機械に設置し、各加工面１１〜１５に対して、例えば、正面フライス工具を用いて、フライス削り加工を行う。加工面が５面の場合には、立主軸ヘッドと９０度アンギュラヘッドを有する門形五面加工機を用い、上面の加工面１１は立主軸ヘッドで、側面の加工面１２〜１５は９０度アンギュラヘッドで加工を行えば良い。

加工検査ワーク１０を加工後、アタッチメントを測定センサ、例えば、タッチセンサに交換し、タッチセンサを用い、以下に説明する手順で、加工後の加工検査ワーク１０の機上計測を行う。立主軸ヘッドと９０度アンギュラヘッドを有する門形五面加工機を用いる場合には、上面の加工面１１は立主軸ヘッドで、側面の加工面１２〜１５は９０度アンギュラヘッドで機上計測を行えば良い。なお、ここでは、主に、２７０度面の加工面１５の計測について説明する。

（１）
工作機械にセットした加工検査ワーク１０の基準面１５ａの測定点Ｋ２の座標を測定する。測定点Ｋ２の座標は、タッチセンサの接触検知時の工作機械の機械座標を記録する。

この測定の際には、図３（ｂ）に示すように、測定点Ｋ２を含む直線の線上の４箇所（測定点Ｋ２自身を含んでも良い。）を測定し、それらの平均値を測定点Ｋ２の測定値としている。ここでは、測定する複数箇所の間隔を、例えば、１ｍｍピッチの等間隔としている。

（２）
基準面１５ａが対応する加工面１５において、測定点Ｋ２に隣接する測定点である測定点Ｊ１の座標を測定する。測定点Ｊ１の座標も、タッチセンサの接触検知時の工作機械の機械座標を記録する。隣接する測定点を測定することにより、タッチセンサの移動距離が短くなるので、移動に伴う移動誤差を緩和、排除することができる。

この測定の際には、測定点Ｊ１の位置と共に、測定点Ｊ１の位置を中心とする所定半径の円上の３つ以上の位置を測定している。ここでは、図３（ｃ）に示すように、円を４つに等分に分割する円上の４箇所の位置を測定しており、円の半径を、例えば、１ｍｍとしている。

又、この座標測定の際には、測定したデータを統計的に処理しており、例えば、全データの平均値や最大値及び最小値（測定異常値）を除いたデータの平均値等を座標として求めており、このような平均値を利用することにより、加工面の性状、面粗度やゴミ等による計測誤差の影響を緩和、排除することができる。

（３）
上記（１）と同様に、加工検査ワーク１０の基準面１５ａの測定点Ｋ１の座標を測定する。

（４）
上記（２）と同様に、基準面１５ａが対応する加工面１５において、測定点Ｋ１に隣接する測定点である測定点Ｊ２の座標を測定する。

（５）
３次元測定器で予め測定しておいた測定点Ｋ１、Ｋ２の既知の基準座標と、上記（１）及び（３）で測定した機上計測による測定点Ｋ１、Ｋ２の測定座標とから、測定点Ｋ１、Ｋ２について、既知の基準座標に対する測定座標の誤差が求まり、これにより、基準面１５ａを構成する線Ｋ１−Ｋ２が決まる。

（６）
上記（２）及び（４）で測定した機上計測による測定点Ｊ１、Ｊ２の測定座標から、加工面１５を構成する線Ｊ１−Ｊ２が求まり、基準となる線Ｋ１−Ｋ２に対する傾きが求まる。

（７）
上記（１）及び（２）の手順を、全ての基準面の測定点と全ての加工面の測定点について、基準面と加工面の隣接する測定点をペアにして行う。

例えば、測定点Ｋ１〜Ｋ６の測定座標と共に、測定点Ｊ１〜Ｊ４の測定座標が求まると、基準となる面Ｋ１〜Ｋ６に対し、加工面１５を構成する面Ｊ１〜Ｊ４の傾きが求まることになる。これを全ての加工面に対して行うと、５面の平行度も求まることになる。

又、例えば、測定点Ａ１、Ａ４の測定座標が求まると、測定点Ａ１、Ａ４の測定座標から、上面の加工面１１を構成する線Ａ１−Ａ４が求まり、加工面１５を構成する線Ｊ１−Ｊ２及び基準となる線Ｋ１−Ｋ２に対する直角度が求まることになる。これを全ての加工面に対して行うと、５面相互間の直角度が求まることになる。

又、各加工面における測定点を多数にして、多数の測定点の測定座標が求まると、各加工面の平面度や段差が求まることになる。

なお、加工面の中ぐり加工を行って、１つ又は複数の穴を加工した場合には、基準面を基準にして、中ぐり加工された穴の芯ズレ量、真円度、円筒度、複数の穴同士の芯間距離を求めることもできる。

このように、既知の基準面を有する加工検査ワーク１０を用い、既知の精度（既知の測定座標値）を有する基準面と検査対象の加工面との比較測定を行うことにより、工作機械の機上計測を実現可能とすると共に精度良く行うことができ、この結果、３次元測定器なしで、工作機械の工作精度の検査を行うことができる。更には、工作精度の検査に基づいて、測定結果を工作機械へフィードバックし、工作機械の加工位置の補正や精度調整を行うようにしても良い。

又、測定点において、測定点を中心とした円状の複数箇所も計測することにより、機上計測時の誤差データの排除が可能となり、測定データの信頼性を向上させることができる。

本発明は、工作機械の加工精度の機上計測に好適なものである。

１０加工検査ワーク
１１加工面
１１ａ〜１１ｄ基準面
１２加工面
１２ａ〜１２ｃ基準面
１３加工面
１３ａ〜１３ｃ基準面
１４加工面
１４ａ〜１４ｃ基準面
１５加工面
１５ａ〜１５ｃ基準面

Claims

工作機械の機上計測に用いる加工検査ワークであって、
少なくとも１つの加工面と、当該加工面と同一方向であって、面内の複数箇所の測定点の座標が既知である少なくとも１つの基準面とを有する
ことを特徴とする工作機械の加工検査ワーク。
請求項１に記載の工作機械の加工検査ワークにおいて、
六面体の形状を有し、前記六面体の形状の下面を除く５面を前記加工面とすると共に、当該加工面の各々に複数の前記基準面を設けた
ことを特徴とする工作機械の加工検査ワーク。
請求項１又は請求項２に記載の工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法であって、
前記工作機械で前記加工検査ワークを加工した後、前記工作機械のアタッチメントを前記加工検査ワークとの接触位置を検知する測定センサに交換し、
前記測定センサを用いて、前記基準面の前記測定点を測定する第１の測定を行い、
前記第１の測定の後、前記測定センサを用いて、前記基準面の前記測定点に隣接する前記加工面の測定点を測定する第２の測定を行い、
全ての前記基準面及び前記加工面について、前記第１の測定と前記第２の測定を交互に行い、全ての前記測定点の座標を検出する
ことを特徴とする工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法。
請求項３に記載の工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法において、
前記基準面及び前記加工面の前記測定点のうち、少なくとも前記加工面の前記測定点の座標は、当該測定点の位置と、当該測定点の位置を中心とする所定半径の円上の３つ以上の位置とを測定した座標の平均値から求める
ことを特徴とする工作機械の加工検査ワークを用いた機上計測方法。