JP2017142207A - 基準面の位置測定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】固定用治具によって支持される基準面の位置を、測定子を用いてより正確に測定することが可能な基準面の位置測定方法を提供する。
【解決手段】固定用治具Jに支持される基準面RSの位置Xjを測定子Pにより測定する位置測定方法である。基準面RSの複数の異なる位置P1,P2,P3,P4に測定子Pを接触させて基準面RSの高さを測定し、高さが最も高くなる位置Xpを基準面RSの位置として測定する。
【選択図】図4

Description

本発明は、ワークの加工時の基準面の位置を測定する方法に関する。
従来からワークの中心座標を求めてワークの計測基準点として設定することができるワークの計測基準点設定機能を有する工作機械が知られている(下記特許文献1を参照)。この工作機械は、以下の手順によってワークの計測基準位置を設定する。
まず、加工面が直交する2つの線に対して線対象なワークを、機械座標系の軸と前記2つの線が平行になるように位置する。次に、前記2つの線と平行な第1の線に沿ってワークの加工面上から機上計測装置のプローブの球型測定子をワーク端面に向かって相対移動させる。
ワークの端面から球型測定子が離脱した後、プローブの軸方向の移動速度が予め設定された所定速度になる時点の座標を記憶する。さらに、同様のことを第2の線に対しても行って、座標を記憶する。そして、記憶された座標から、それぞれの中点を求める。求められた中点は、ワークの中心座標であり、ワークの計測基準位置として設定することができる。
特開2010―89182号公報
前記特許文献1に記載されているような、先端に球型測定子を有するプローブによってワークの基準面の位置とその基準面に対するワークの加工位置とを測定し、その測定結果を用いてワークを加工する場合がある。この場合、ワークを加工する加工機は、ワークを固定するための固定用治具の先端の球状部をワークの基準面に押し当てて、基準面を基準にワークを固定し、プローブの測定結果を用いて基準面に対するワークの加工位置を加工する。
しかし、プローブの先端の球型測定子の径は、例えば数mm以下の小径であるため、例えば鋳造品のように、表面に比較的粗い凹凸を有するワークの基準面の位置を測定するときに、球型測定子がワークの表面の凹部に入り込むことがある。一方、ワークを固定する固定用治具の先端の球状部の径は、通常、ワークの表面の凹凸と比較して十分に大径であり、プローブの先端の球型測定子のようにワークの表面の凹部に入り込むことはない。
そのため、プローブによって測定されたワークの基準面の位置と、固定用治具によって支持されたワークの基準面の位置との間にずれが生じる場合がある。この場合、プローブによって測定された基準面に対するワークの加工位置と、固定用治具によって支持された基準面に対するワークの加工位置との間に誤差が生じる虞がある。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、固定用治具によって支持される基準面の位置を、測定子を用いてより正確に測定することが可能な基準面の位置測定方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明の基準面の位置測定方法は、固定用治具に支持される基準面の位置を測定子により測定する位置測定方法であって、前記基準面の複数の異なる位置に前記測定子を接触させて前記基準面の高さを測定し、前記高さが最も高くなる位置を前記基準面の位置として測定することを特徴とする。
本発明の基準面の位置測定方法は、例えば、加工機によって加工されるワークの加工位置の基準となるワークの基準面の位置の測定に用いられる。固定用治具としては、例えば、先端に球面状の支持部を有するピン状のチャックを用いることができる。測定子としては、例えば、三次元測定機に用いられる先端に球状部を有するピン状のプローブを用いることができる。基準面に接触する測定子の球状部の直径は、例えば数mm程度であり、固定用治具の先端の球面状の支持部の直径は、例えば10mm以上である。
基準面に接触させる測定子の直径は、例えば数mm以下の小径であるため、例えば鋳造品のように、表面に比較的粗い凹凸を有するワークの基準面の位置を測定するときに、測定子が基準面の凹部に入り込むことがある。一方、固定用治具の先端の支持部の直径は、測定子の先端の球状部の直径よりも大きく、測定子のようには基準面の凹凸の凹部の内側に入り込まず、基準面の凹凸の凸部の頂点に近い位置に接触する程度の大きさである。
そのため、測定子は、基準面に接触したときに基準面の凹部に入り込み、その接触点の位置を基準面の位置として測定し、固定用治具は、基準面の凸部の頂点近傍に接触し、その接触点の位置で基準面を支持する場合がある。この場合、基準面に垂直な方向において、測定子によって測定される基準面の位置と、固定用治具によって支持される基準面の位置との間に誤差が生じる。
このような誤差を抑制するために、本発明の基準面の位置測定方法は、前述のように、基準面の複数の異なる位置に測定子を接触させて基準面の高さを測定し、基準面の高さが最も高くなる位置を、基準面の位置として測定する。ここで、基準面の高さとは、凹凸を有しないと仮定した場合の基準面に垂直な方向における基準面の位置である。
このように、基準面の複数の異なる位置に測定子を接触させることで、ある位置で測定子が基準面の凹部に入り込むことがあっても、他の位置で測定子を基準面の凸部の頂点に近い位置に接触させることができる。さらに、基準面の高さが最も高くなる位置を、基準面の位置として測定することで、基準面に垂直な高さ方向において、固定用治具と基準面との接触点の位置と、測定子と基準面との接触点の位置とをより近付けて、基準面の測定誤差をより減少させることができる。
また、本発明の基準面の測定方法では、測定子を接触させる基準面の複数の異なる位置は、固定用治具によって支持される基準面の支持中心位置からの距離に基づいて決定することができる。これにより、固定用治具が接触する可能性の高い複数の位置において、基準面の高さを測定することができ、固定用治具によって支持される基準面の位置と測定子によって測定される基準面の位置との間の誤差をより減少させることができる。
以上の説明から理解できるように、本発明の基準面の位置測定方法によれば、固定用治具によって支持される基準面の位置を、測定子を用いてより正確に測定することが可能になる。
本発明の実施形態に係る方法を用いるシリンダブロックと測定子の平面図。 図1に示す基準面、固定用治具、及び測定子の拡大断面図。 固定用治具の支持中心位置での基準面の測定誤差を示す拡大断面図。 図1に示す基準面の複数の位置での高さ測定の一例を示す拡大断面図。 図4に示す測定範囲の決定方法の一例を示す拡大断面図。 図1に示す基準面の複数の位置での高さ測定の一例を示す拡大側面図。 本発明の実施形態に係る基準面の位置測定方法による誤差の減少を示すグラフ。
以下、図面を参照して本発明の基準面測定方法の一実施形態を説明する。
図1において、(a)は、本発明の実施形態に係る基準面の位置測定方法を用いるシリンダブロックSBの平面図であり、(b)は、測定子の一例を示す平面図である。
シリンダブロックSBは、複数のボアB1,B2,B3,B4を有する金属製の鋳造品であり、その表面には比較的粗い凹凸を有している。シリンダブロックSBは、4つのボアB1,B2,B3,B4を備え、2番目のボアB2と3番目のボアB3の隣り合う平坦な内側面が基準面RSとされている。図1の(a)に示す平面図では、基準面RSに垂直な方向をX軸方向とし、X軸に垂直で基準面RSに平行な方向をY軸方向とし、X軸及びY軸に垂直で基準面RSに平行な方向をZ軸方向としている。シリンダブロックSBは、図示を省略する加工機によって、所定の加工位置に、例えばノック穴N1,N2が形成される。
一対の固定用治具Jは、シリンダブロックSBの2番目のボアB2と3番目のボアB3の間の部分を挟持して、図示を省略する加工機にシリンダブロックSBを固定する。固定用治具Jは、基準面RSに垂直なX軸方向に概ね平行な中心軸Cjを有するピン状又は円柱状のチャックであり、基準面RSに当接する先端に球面状の支持部Jaを有している。固定用治具Jの先端の支持部Jaの球面の直径は、例えば10mm以上であり、より具体的には、例えば16mm程度である。
一対の固定用治具Jは、基準面RSに対して支持部JaをX軸方向に当接させることで、基準面RSを基準としてシリンダブロックSBをX軸方向に位置決めして固定している。なお、シリンダブロックSBは、Y方向においても図示を省略する基準面RSを有し、その基準面RSに対して図示を省略する別の固定用治具JがY軸方向に当接することで、その基準面RSを基準としてY軸方向に位置決めされて固定される。
図示を省略する加工機は、例えばシリンダブロックSBに機械加工を施すマシニングセンタであり、固定用治具Jの先端の支持部Jaによって支持した基準面RSの位置を基準として、シリンダブロックSBの所定の加工位置を加工する。加工機は、測定子Pによって予め測定されたシリンダブロックSBの基準面RSの位置と、その基準面RSに対するシリンダブロックSBの加工位置の測定結果を用いて、シリンダブロックSBの所定の加工位置に、例えばノック穴N1,N2を加工する。
測定子Pは、例えば三次元測定機のピン状のプローブであり、先端に球状部Paを有している。球状部Paの直径は、例えば数mm程度であり、より具体的には、例えば2.5mm程度である。測定子Pは、加工機によるシリンダブロックSBの加工前に、シリンダブロックSBの基準面RSと加工位置に接触させられて、基準面RSの位置と加工位置とを測定する。測定子PによるシリンダブロックSBの基準面RSの位置と加工位置の測定結果は、加工機によるシリンダブロックSBの加工に用いられる。
図2は、図1に示す基準面RS、固定用治具J、及び測定子Pの拡大断面図である。図2において、(a)は、シリンダブロックSBの基準面RSの拡大断面図であり、(b)は、固定用治具Jの先端の支持部Jaの拡大断面図であり、(c)は、測定子Pの先端の球状部Paの拡大断面図である。なお、各図において、縦方向の拡大率は1000倍であり、横方向の拡大率は50倍である。
シリンダブロックSBの基準面RSは、比較的粗い凹凸を有している。この基準面RSの凹凸は、複数の凸部RSaと、複数の凸部RSaの間に形成された複数の凹部RSbによって形成されている。測定子Pの先端の球状部Paの径は、固定用治具Jの先端の支持部Jaの径よりも小さく、基準面RSの凹凸を形成する凹部RSbの内側に入り込むことができる程度の大きさである。一方、固定用治具Jの先端の支持部Jaの径は、測定子Pの先端の球状部Paの径よりも大きく、基準面RSの凹凸を形成する凹部RSbの内側に測定子Pのようには入り込むことができない程度の大きさである。
図3は、固定用治具Jの支持中心位置JCでの基準面RSの測定誤差MEを示す拡大断面図である。図3における縦横の拡大率は、図2と同じである。
前述のように、固定用治具Jの先端の支持部Jaの径は、基準面RSの凹凸を形成する凹部RSbの内側の深い位置に入り込むことができない程度の大きさであるため、支持部Jaが基準面RSに接触する接触点CPjは、基準面RSの凸部RSaの先端に近い位置になる。このように、基準面RSに接触したときの、基準面RSに平行なYZ平面における固定用治具Jの中心軸Cjの位置を、固定用治具Jの支持中心位置JCとする。この場合、固定用治具Jの支持中心位置JCで、基準面RSに測定子Pを接触させると、測定子Pは、固定用治具Jの支持部Jaよりも基準面RSの凹凸の凹部RSbに深く入り込んだ状態で、接触点CPpにおいて基準面RSに接触する。
この場合、測定子Pの球状部Paと基準面RSとの接触点CPpの高さ、すなわち接触点CPpのX軸方向の位置Xpが、測定子Pによる基準面RSのX軸方向の位置の測定値であり、固定用治具Jの支持部Jaと基準面RSとの接触点CPjの高さ、すなわち接触点CPjのX軸方向の位置Xjが、加工機による加工時の基準面RSのX軸方向の位置である。このように、測定子Pによって測定された基準面RSのX軸方向の位置Xpは、加工機による加工時の基準面RSのX軸方向の位置Xjとの間に誤差MEを有している。
したがって、このような基準面RSの位置Xjに対して誤差MEを有する測定子Pが測定した位置Xpを用い、加工機によってシリンダブロックSBの加工位置を加工した場合、例えばシリンダブロックSBに形成されるノック穴N1,N2の位置に誤差が生じる虞がある。このような誤差を抑制するために、本実施形態の基準面の位置測定方法は、以下に説明する手順に従って基準面RSの位置を測定する。
図4は、本実施形態の基準面の位置測定方法を説明する拡大断面図であり、図1に示す基準面RSの複数の位置での高さ測定の一例を示す拡大断面図である。図4における縦横の拡大率は、図2と同じである。
前述のように、本実施形態の基準面の位置測定方法は、固定用治具Jの支持部Jaによって支持される基準面RSの位置Xjを測定子Pによって測定する方法である。本実施形態の基準面RSの位置の測定方法では、まず、基準面RSの複数の異なる位置P1,P2,P3,P4に測定子Pを接触させて、基準面RSの高さを測定する。より詳細には、基準面RSに平行なYZ平面における複数の位置P1,P2,P3,P4で、測定子PをX軸方向に移動させて、測定子Pの先端の球状部Paを基準面RSの凹凸に接触させ、接触点CP1,CP2,CP3,CP4のX軸方向の位置を基準面RSの高さとして測定する。
そして、基準面RSの高さが最も高くなる位置Xpを、基準面RSの位置として測定する。より詳細には、基準面RSに平行なYZ平面における複数の位置P1,P2,P3,P4で測定した接触点CP1,CP2,CP3,CP4のX軸方向の位置のうち、X軸方向に最も突出している位置Xpを、基準面RSの位置として測定する。このような基準面RSの測定は、測定子Pを備えた三次元測定機を用いて行うことができる。
これにより、基準面RSに垂直なX軸方向において、固定用治具Jと基準面RSとの接触点CPjの位置と、測定子Pと基準面RSとの接触点CPpとの間の位置の誤差MEが減少し、測定子Pによって測定される基準面RSの位置Xpと、固定用治具Jによって支持される基準面RSの位置Xjとの誤差MEが減少する。したがって、本実施形態の基準面の位置測定方法によれば、固定用治具Jによって支持される基準面RSの位置を、測定子Pを用いてより正確に測定することが可能になる。
なお、基準面RSの複数の異なる位置に測定子Pを接触させる測定範囲αは、例えば、固定用治具Jによって支持される基準面RSの支持中心位置JCからの距離に基づいて決定することができる。以下、図4に示す基準面RSの測定範囲αの決定方法の具体例について詳細に説明する。
図5は、図4に示す基準面RSの測定範囲αの決定方法の一例を説明する拡大断面図である。図5における縦横の拡大率は、図2と同じである。
まず、固定用治具Jの先端の支持部Jaの断面の輪郭形状を、基準面RSの凹凸形状の断面の輪郭形状の凹部RSbに最も深く入り込み、凸部RSaとの間に接触点CPを有する位置に配置する。次に、測定子Pの球状部Paの断面の輪郭形状を、固定用治具Jの支持部Jaの断面の輪郭形状と基準面RSの凹凸形状の断面の凸部RSaとの接触点CPに接する位置に配置する。そして、測定子Pの球状部Paの断面の輪郭形状が接触点CPに接した状態を維持できる範囲で、測定子Pの球状部Paの断面の輪郭形状を、基準面RSの凹凸形状の断面の輪郭形状の凹部RSbに最も深く入り込む位置に配置する。
この状態で、測定子Pの球状部Paの中心と固定用治具Jの支持部Jaの中心との間の、基準面RS又はYZ平面に平行な方向における中心間距離α/2を測定する。そして、図4に示すように、基準面RS又はYZ平面に平行な一以上の方向において、この中心間距離α/2の2倍の長さを有し、固定用治具Jの支持部Jaの中心位置すなわち支持中心位置JCを中心とする範囲αを、基準面RSの測定範囲αに決定することができる。
図6は、基準面RSの測定範囲MRの決定方法のさらなる一例を説明する平面図である。
基準面RSの測定範囲MRは、さらに以下のように決定することができる。まず、図5を用いて説明した方法により、図6の(a)に示すように、基準面RS又はYZ平面における固定用治具Jの支持中心位置JCを決定する。次に、図5を用いて説明した方法により、基準面RS又はYZ平面に平行な2方向、例えば、Z軸方向とY軸方向において、それぞれ、測定子Pの球状部Paの中心と固定用治具Jの支持部Jaの中心との間の中心間距離α/2,β/2を測定する。
例えば、Z軸方向における上記中心間距離α/2の2倍の長さαが0.1mm以上であり、Y軸方向における上記中心間距離β/2の2倍の長さβが0.1mm以上である場合には、図6の(b)に示すように、固定用治具Jの支持中心位置JCを中心とし、Z軸方向の長さをα、Y軸方向の長さをβとする矩形の範囲を測定範囲MRとすることができる。このような矩形の測定範囲MRの場合には、測定子Pを接触させる複数の測定位置MPを、矩形の測定範囲MRの四隅と中央に配置することができる。
また、例えば、Z軸方向における上記中心間距離α/2の2倍の長さαが0.1mm以上であり、Y軸方向における上記中心間距離β/2の2倍の長さβが0.1mmより小である場合には、図6の(c)に示すように、固定用治具Jの支持中心位置JCを中心とし、Z軸方向の長さをαとする直線状の範囲を測定範囲MRとすることができる。このような直線状の測定範囲MRの場合には、測定子Pを接触させる複数の測定位置MPを、測定範囲MRの両端とその間に等間隔に配置することができる。
このように、本実施形態の基準面の位置測定方法では、固定用治具Jによって支持される基準面RSの支持中心位置JCからの距離α/2,β/2に基づいて、測定子Pを接触させる複数の異なる位置MPを決定することができる。これにより、固定用治具Jが接触する可能性の高い複数の位置MPにおいて、基準面RSの高さを測定することができ、固定用治具Jによって支持される基準面RSの位置Xjと測定子Pによって測定される基準面RSの位置Xpとの間の誤差MEをより減少させることができる。
図7は、本発明の実施形態に係る基準面の位置測定方法によるシリンダブロックSBの加工位置の誤差の減少を示すグラフである。
図7において、N1x、N1y、N2x、N2yは、ぞれぞれ、本実施形態の基準面の位置測定方法によって測定した基準面RSの位置Xpを用いて加工機による加工を行ったシリンダブロックSBの正ノック穴N1のX軸方向の測定誤差、正ノック穴N1のY軸方向の測定誤差、副ノック穴N2のX軸方向の測定誤差、副ノック穴N2のY軸方向の測定誤差を示している。
また、図7において、n1x、n1y、n2x、n2yは、ぞれぞれ、従来の方法で測定した基準面RSの位置Xpを用いて加工機による加工を行ったシリンダブロックSBの正ノック穴n1のX軸方向の測定誤差、正ノック穴n1のY軸方向の測定誤差、副ノック穴n2のX軸方向の測定誤差、副ノック穴n2のY軸方向の測定誤差を示している。
従来の基準面の位置測定方法を用いた正ノック穴n1のX軸方向の測定誤差n1xは、破線Lで示す公差幅の1/10のラインである0.020mmを超える0.035mm程度である。これに対し、本実施形態の基準面の位置測定方法を用いた正ノック穴N1のX軸方向の測定誤差N1xは、0.015mm程度に減少し、測定誤差が従来の半分以下に減少している。
また、従来の基準面の位置測定方法を用いた正ノック穴n1のY軸方向の測定誤差n1yは、0.016mm程度であるのに対し、本実施形態の基準面の位置測定方法を用いた正ノック穴N1のY軸方向の測定誤差N1yは、0.006mm程度に減少し、測定誤差が従来の半分以下に減少している。
また、従来の基準面の位置測定方法を用いた副ノック穴n2のX軸方向の測定誤差n2xは、破線Lで示す公差幅の1/10のラインである0.020mmを超える0.028mm程度である。これに対し、本実施形態の基準面の位置測定方法を用いた副ノック穴N2のX軸方向の測定誤差N2xは、0.003mm程度に減少し、測定誤差が従来の1/9以下に減少している。
また、従来の基準面の位置測定方法を用いた副ノック穴n2のY軸方向の測定誤差n2yは、破線Lで示す公差幅の1/10のラインである0.020mmを超える0.027mm程度である。これに対し、本実施形態の基準面の位置測定方法を用いた副ノック穴N2のY軸方向の測定誤差N2yは、0.004mm程度に減少し、測定誤差が従来の1/6以下に減少している。
以上の結果から、本実施形態の基準面の位置測定方法によれば、固定用治具Jによって支持される基準面RSの位置Xjを、測定子Pを用いてより正確に測定することで、基準面RSを有するシリンダブロックSB等のワークを従来よりも正確に加工することが可能になる。
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
例えば、前述の実施形態では、基準面を有するワークの一例としてシリンダブロックを挙げたが、基準面を有するワークはシリンダブロックに限定されない。ワークは、表面に凹凸を有し加工前に測定子によって基準面及び加工位置が測定されるものであれば、本発明を適用可能である。
J 固定用治具、JC 支持中心位置、RS 基準面、P 測定子、P1,P2,P3,P4,MP 複数の位置、Xp 基準面の位置、α/2,β/2 支持中心位置からの距離

Claims (2)

  1. 固定用治具に支持される基準面の位置を測定子により測定する位置測定方法であって、
    前記基準面の複数の異なる位置に前記測定子を接触させて前記基準面の高さを測定し、前記高さが最も高くなる位置を前記基準面の位置として測定することを特徴とする基準面の位置測定方法。
  2. 前記固定用治具によって支持される前記基準面の支持中心位置からの距離に基づいて、前記測定子を接触させる前記複数の異なる位置を決定することを特徴とする請求項1に記載の位置測定方法。
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