JP3380123B2 - Machine tool movement error measurement system - Google Patents

Machine tool movement error measurement system

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JP3380123B2
JP3380123B2 JP26069096A JP26069096A JP3380123B2 JP 3380123 B2 JP3380123 B2 JP 3380123B2 JP 26069096 A JP26069096 A JP 26069096A JP 26069096 A JP26069096 A JP 26069096A JP 3380123 B2 JP3380123 B2 JP 3380123B2
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laser beam
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ISO230−
るいはANSI/ASME B5,54等に規定され
ている工作機械の移動誤差をレーザ測長器を使用して測
定する測定システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is, ISO230- 2
Oh Rui relates measurement system to measure using the laser measurement device a movement error of a machine tool as defined in ANSI / ASME B5,54 like.

【0002】[0002]

【従来の技術】NC工作機械の精度については、ISO
230−2あるいはANSI/ASME B5,54等
の規格に試験項目や試験方法が規定されている。ここで
規定されている項目は、各移動軸方向あるいは対角線方
向(ダイアゴナル)の移動量誤差、バックラッシュ、ヨ
ーイング等である。例えば各移動軸方向の移動量誤差の
試験方法では、各移動軸方向毎に所定量ずつ移動する動
作を行った後、逆方向に同じように戻る動作を所定量繰
り返し、それぞれの移動点での誤差の最大値や2乗平均
値を算出する方法が規定されている。
2. Description of the Related Art Regarding the accuracy of NC machine tools, ISO
230- 2 Oh Rui the test items and test method standards such as ANSI / ASME B5,54 are defined. The items specified here are error in the amount of movement in each movement axis direction or diagonal direction (diagonal), backlash, yawing, and the like. For example, in the method of testing the movement amount error in each movement axis direction, after performing an operation of moving a predetermined amount for each movement axis direction, a similar operation of returning in the opposite direction is repeated a predetermined amount, and at each movement point, A method for calculating the maximum error value and the mean square value is defined.

【0003】上記のような試験項目の測定には、通常の
接触型のゲージや磁気スケール等も使用されるが、もっ
とも一般的にはレーザ測長器が使用される。図1は、レ
ーザ測長器を使用してNC工作機械(マシニングセン
タ)の精度を測定するための従来の配置例を示す図であ
る。図1に示すように、工作機械91は、加工ツールを
保持し駆動する加工ツール部92と、被加工物を載せる
載物台93と、それらの制御を行うNCコントローラ9
7を備える。加工ツール部92は上下方向(Z軸方向)
に移動可能であり、載物台93はZ軸方向に垂直な平面
内の相互に垂直な2方向に移動可能であり、NCコント
ローラ97により移動が制御される。上記のISO23
0−2の移動量誤差とバックラッシュの測定に関する規
定では、これらのNCコントローラ97から各軸方向に
所定の移動量だけ移動するように指示した時に実際にど
れだけ移動したかを測定する。図示しているのは、矢印
で示した方向(X軸方向)の移動量誤差とバックラッシ
ュを測定する場合であり、まずレーザ光源11から出射
されるレーザ光の光軸がX軸方向に一致するように光軸
合わせしたレーザ光源11を配置する。次に加工ツール
部92の先端にレーザ干渉測長器の干渉光学ユニット1
3をレーザ光が入射するように取り付け、載物台93の
端に反射鏡(コーナーキューブ)を配置する。
A usual contact type gauge, a magnetic scale or the like is used for the measurement of the test items as described above, but a laser length measuring machine is most commonly used. FIG. 1 is a diagram showing a conventional arrangement example for measuring the accuracy of an NC machine tool (machining center) using a laser length measuring machine. As shown in FIG. 1, a machine tool 91 includes a machining tool unit 92 that holds and drives a machining tool, a worktable 93 on which a workpiece is placed, and an NC controller 9 that controls these.
7 is provided. Machining tool section 92 is vertical (Z-axis direction)
The stage 93 is movable in two mutually perpendicular directions within a plane perpendicular to the Z-axis direction, and the movement is controlled by the NC controller 97. ISO23 above
According to the regulations concerning the measurement of the movement amount error of 0-2 and the backlash, how much the movement actually occurs when these NC controllers 97 instruct to move by a predetermined movement amount in each axial direction is measured. The figure shows the case where the movement amount error and the backlash in the direction indicated by the arrow (X-axis direction) are measured. First, the optical axis of the laser light emitted from the laser light source 11 coincides with the X-axis direction. The laser light source 11 whose optical axis is aligned is arranged as described above. Next, the interference optical unit 1 of the laser interferometer is attached to the tip of the processing tool section 92.
3 is attached so that the laser light is incident, and a reflecting mirror (corner cube) is arranged at the end of the stage 93.

【0004】図2は、干渉光学ユニット13の構成を示
す図である。レーザ光源11は、He−Neレーザ等の
可干渉性の良好な(干渉距離の長い)レーザ光を出力す
るレーザ光源であり、そこから出力されたレーザ光は、
偏光ビームスプリッタ131で2つのレーザビームに分
けられる。この時、偏光ビームスプリッタ131の光軸
は入射するレーザ光の偏光面に対して45°になるよう
に調整されている。この場合、偏光ビームスプリッタ1
31を透過するレーザ光はP偏光、偏光ビームスプリッ
タ131で反射するレーザ光はS偏光と呼ばれ、互いに
偏光方向が直交している。一方のレーザビーム(P偏
光)は載物台93の端に配置されたコーナーキューブ1
7に入射し、そこで逆方向に反射されて再び偏光ビーム
スプリッタ131に入射する。他方のレーザビーム(S
偏光)は干渉光学ユニット13に設けられた参照用コー
ナーキューブ132に入射し、そこで逆方向に反射され
て再び偏光ビームスプリッタ131に入射する。コーナ
ーキューブ17から偏光ビームスプリッタ131に入射
したレーザビームと参照用コーナーキューブ132から
偏光ビームスプリッタ131に入射したレーザビーム
は、偏光ビームスプリッタ131で重なり合い、偏光板
138を通過した後光検出器133に入射する。これら
の2つのレーザビームは相互に干渉し干渉縞を生じる
が、干渉縞の強度は2つのレーザビームの光路差がレー
ザビームの波長の整数倍の時にもっとも大きくなり、光
路差が波長の整数倍と1/2異なる時にもっとも小さく
なる。そのため、載物台93が移動し、その端に配置さ
れたコーナーキューブ17が移動すると光検出器133
の出力強度が周期的に変化する。具体的にはコーナーキ
ューブ17が1/2波長分移動すると、往復で波長分の
光路差が生じるため、光検出器133の出力強度が変化
するサイクル数に1/2波長を乗じた値がコーナーキュ
ーブ17、すなわち載物台93の移動距離である。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of the interference optical unit 13. The laser light source 11 is a laser light source that outputs laser light with good coherence (long interference distance), such as a He—Ne laser, and the laser light output from the laser light source is
It is split into two laser beams by the polarization beam splitter 131. At this time, the optical axis of the polarization beam splitter 131 is adjusted to be 45 ° with respect to the polarization plane of the incident laser light. In this case, the polarization beam splitter 1
Laser light transmitted through 31 is called P-polarized light, and laser light reflected by the polarization beam splitter 131 is called S-polarized light, and their polarization directions are orthogonal to each other. One of the laser beams (P-polarized) is the corner cube 1 arranged at the end of the stage 93.
7, the light is reflected in the opposite direction and again enters the polarization beam splitter 131. The other laser beam (S
The polarized light enters the reference corner cube 132 provided in the interference optical unit 13, where it is reflected in the opposite direction and then enters the polarization beam splitter 131 again. The laser beam incident on the polarization beam splitter 131 from the corner cube 17 and the laser beam incident on the polarization beam splitter 131 from the reference corner cube 132 are overlapped by the polarization beam splitter 131, pass through the polarizing plate 138, and then pass through the photodetector 133. Incident. These two laser beams interfere with each other to generate interference fringes. The intensity of the interference fringes becomes maximum when the optical path difference between the two laser beams is an integral multiple of the wavelength of the laser beam, and the optical path difference is an integral multiple of the wavelength. It becomes the smallest when the difference is 1/2. Therefore, when the stage 93 moves and the corner cube 17 arranged at the end moves, the photodetector 133 moves.
Output intensity changes periodically. Specifically, when the corner cube 17 moves by ½ wavelength, an optical path difference of wavelength is generated in a round trip, so the value obtained by multiplying the number of cycles by which the output intensity of the photodetector 133 changes by ½ wavelength is a corner. The moving distance of the cube 17, that is, the stage 93.

【0005】光検出器133の出力信号は、増幅器13
4で増幅された後、比較器135で出力信号の中間レベ
ルと比較されて2値信号に変換され、それをカウンタ1
36で計数する。測長値算出部137は、カウンタ13
6の値から移動距離を算出する。図1及び図2に示した
従来の配置で、各軸方向の移動量を測定する手順につい
て説明する。
The output signal of the photodetector 133 is the amplifier 13
After being amplified by 4, it is compared with the intermediate level of the output signal by the comparator 135 and converted into a binary signal, which is converted into a counter 1
Count at 36. The length measurement value calculation unit 137 uses the counter 13
The moving distance is calculated from the value of 6. A procedure for measuring the movement amount in each axial direction with the conventional arrangement shown in FIGS. 1 and 2 will be described.

【0006】作業者は、図1のようなX軸方向の移動量
誤差を測定する配置を完了した後、NCコントローラ9
7を操作して、ISO230−2等に規定された試験方
法に対応する移動量分だけ載物台93をX軸方向に移動
させるように指示する。そしてこの移動に対応するレー
ザ測長器の測定値を記録する。このような測定を、規定
された個数の目標位置へ規定された回数分移動させて行
う。具体的には、ISO230−2では、2mまでの移
動距離ではメートル当たり5つの目標位置をとる必要が
あり、更に各目標位置に5回以上各向きで移動させる必
要があり、測定を行う回数は膨大である。しかも、各目
標位置をどのような順番に測定するかで、直線サイクル
と折り返しサイクル等の複数のサイクルが規定されてお
り、対象となる工作機械毎にいずれかを選択して測定を
行う必要がある。各目標位置のNCコントローラ97へ
の入力は、測定毎に行われる場合も、最初にまとめて入
力し、ボタン操作により順に移動させる場合もある。い
ずれにしろ、各目標位置を入力する必要がある。そのた
め、作業に時間がかかる上、作業が非常に煩雑で誤り易
いという問題があった。また、測定値には規定された演
算処理を施して、評価値を算出することも必要である。
After the operator completes the arrangement for measuring the movement amount error in the X-axis direction as shown in FIG. 1, the NC controller 9
7 is operated to instruct to move the stage 93 in the X-axis direction by the movement amount corresponding to the test method defined in ISO230-2 or the like. Then, the measurement value of the laser length measuring device corresponding to this movement is recorded. Such measurement is performed by moving to a prescribed number of target positions a prescribed number of times. Number More specifically, the ISO230- 2, it is necessary to take five target positions per meter distance traveled to 2m, it is necessary to further move more than 5 times each direction to each target position, to make measurements Is huge. Moreover, a plurality of cycles such as a linear cycle and a folding cycle are specified depending on the order in which each target position is measured, and it is necessary to select either one for each target machine tool to perform measurement. is there. The input of each target position to the NC controller 97 may be performed for each measurement, or may be input collectively at the beginning and sequentially moved by button operation. In any case, it is necessary to input each target position. Therefore, there is a problem that the work is time-consuming and the work is very complicated and error-prone. Further, it is also necessary to perform a prescribed calculation process on the measured value to calculate the evaluation value.

【0007】更に、マシニングセンタやフライス盤等の
NC工作機械では移動軸は通常3軸あり、これらのすべ
ての移動軸方向について移動量誤差を測定する必要があ
る。そのため、X軸方向の測定が終了すると、レーザ光
源11、干渉光学ユニット13及びコーナーキューブ1
7の配置をY軸方向の移動量誤差を測定する配置に変更
した上で、Y軸方向の測定を行い、その後更にZ軸方向
の測定を行う必要がある。そのため、図1に示したレー
ザ光源11からのレーザービームがX軸方向に出力され
る配置からY軸方向及びZ軸方向に出力される配置に変
える必要があるが、レーザービームをZ軸方向に、しか
も加工ツール部92を通過するように配置するのは容易
でない。そのため反射鏡(ミラー)等を組み合わせてレ
ーザービームの方向を変えるようにしているが、配置を
調整する要素が増加するために調整作業は更に煩雑にな
る。
Further, in NC machine tools such as machining centers and milling machines, there are usually three moving axes, and it is necessary to measure the moving amount error in all of these moving axis directions. Therefore, when the measurement in the X-axis direction is completed, the laser light source 11, the interference optical unit 13, and the corner cube 1
It is necessary to change the arrangement of No. 7 to an arrangement for measuring the movement amount error in the Y-axis direction, measure the Y-axis direction, and then measure the Z-axis direction. Therefore, it is necessary to change the arrangement in which the laser beam from the laser light source 11 shown in FIG. 1 is output in the X-axis direction to the arrangement in which the laser beam is output in the Y-axis direction and the Z-axis direction. Moreover, it is not easy to dispose it so as to pass through the processing tool portion 92. Therefore, the direction of the laser beam is changed by combining a reflecting mirror (mirror) and the like, but the adjustment work becomes more complicated because the number of elements for adjusting the arrangement increases.

【0008】このような問題を解決するため、実願昭6
2−52869号にはレーザ光源から干渉光学ユニット
へのレーザビームの伝達を光ファイバで行うことにより
配置の自由度を大幅に向上させた分離型レーザ干渉計が
提案されている。この分離型ーザ干渉計を使用すれば各
軸へのセッティングは容易に行えるものの、このような
分離型レーザ干渉計を使用しても、方向の切り換えは自
動的に行えず、作業者が各軸にセッティングする必要が
あるのが現状である。
[0008] In order to solve such a problem, Japanese Utility Model Application No. 6
No. 2-52869 proposes a separation type laser interferometer in which a laser beam is transmitted from a laser light source to an interference optical unit by an optical fiber, thereby greatly improving the degree of freedom of arrangement. Although the setting of each axis can be easily done by using this separation type laser interferometer, even if such a separation type laser interferometer is used, the direction cannot be changed automatically, and the operator can Currently, it is necessary to set the axis.

【0009】更に、上記のレーザ光源11、干渉光学ユ
ニット13及びコーナーキューブ17の配置において
は、レーザビームが測定しようとする移動軸の方向に平
行に出力されることが必要であり、もし平行でないと測
定した値は、平行との角度差の余弦(cos)値になり
誤差を生じる。角度差が小さければ誤差は小さいが、レ
ーザ測長器を使用して測定する測定値は非常な高精度を
要求されるため、角度差が十分に小さくなるように、レ
ーザビームと移動軸の平行度を十分に合わせる必要があ
り、熟練した作業者が行う必要がある上、熟練した作業
者が行うにしても煩雑な作業であるという問題があっ
た。
Further, in the above arrangement of the laser light source 11, the interference optical unit 13 and the corner cube 17, it is necessary that the laser beam be output parallel to the direction of the moving axis to be measured, and if not parallel. The value measured as is a cosine (cos) value of the angle difference from the parallel and causes an error. If the angle difference is small, the error is small, but the measurement value measured by using the laser length measuring machine requires extremely high accuracy, so the laser beam and the moving axis must be parallel so that the angle difference is sufficiently small. There is a problem in that it is necessary to adjust the degree sufficiently, a skilled worker needs to perform it, and even if a skilled worker does it, it is a complicated task.

【0010】また、図6はANSI/ASME B5,
54に規定された対角線方向の移動量誤差を測定する従
来の配置例を示す図である。図示のように、載物台93
2の端に干渉光学ユニット13を配置し、加工ツール部
の先端にコーナーキューブ17を取り付け、干渉光学ユ
ニット13から出射されたレーザ光がコーナーキューブ
17に入射するようにする。その上で、載物体931と
932及び加工ツール部を移動させて、干渉光学ユニッ
ト13がコーナーキューブ17に対して相対的に図の破
線上を移動するように制御し、干渉光学ユニット13と
コーナーキューブ17間の距離の変化を検出する。図6
に示したような対角線方向の移動量誤差を測定するため
のセッティングが更に煩雑であることは容易に理解でき
ることである。
Further, FIG. 6 shows ANSI / ASME B5.
It is a figure which shows the conventional example of arrangement | positioning which measures the movement amount error of the diagonal direction prescribed | regulated by 54. As shown, the stage 93
The interference optical unit 13 is arranged at the end of 2, and the corner cube 17 is attached to the tip of the processing tool part so that the laser light emitted from the interference optical unit 13 enters the corner cube 17. Then, the mounted objects 931 and 932 and the processing tool are moved so that the interference optical unit 13 is controlled so as to move on the broken line in the figure relative to the corner cube 17, and the interference optical unit 13 and the corner are moved. The change in the distance between the cubes 17 is detected. Figure 6
It is easy to understand that the setting for measuring the displacement error in the diagonal direction as shown in (3) is more complicated.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、このよう
な問題点を解決するため、特願平8−56082号で、
干渉光学ユニットから出力される測定用レーザビームの
出射方向を、3軸方向に切り換え可能なレーザ測長器を
開示している。これを使用することにより、測定用レー
ザビームの出射方向を自動的に切り換えられるようにな
る。しかし、測定用レーザビームの出射方向が切り換え
られない従来のレーザ測長器が広く使用されており、こ
のような従来のレーザ測長器を使用して工作機械の移動
誤差の測定が容易に行える測定システムが要望されてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve such a problem, the present applicant has proposed in Japanese Patent Application No. 8-56082.
Disclosed is a laser length measuring device that can switch the emission direction of a measurement laser beam output from an interference optical unit in three axial directions. By using this, the emission direction of the measurement laser beam can be automatically switched. However, the conventional laser length measuring device in which the emitting direction of the measuring laser beam cannot be switched is widely used, and the movement error of the machine tool can be easily measured by using such a conventional laser length measuring device. A measurement system is desired.

【0012】また、レーザビームの出射方向を3軸方向
に切り換えられるだけでは、図6に示した対角線方向の
測定のためのセッティングは容易にならず、あいかわら
ず煩雑な作業が必要であるという問題があった。本発明
は、このような要望を実現するためのものであり、工作
機械の移動誤差を容易に測定できる、測定作業の自動化
にも適用できる工作機械の移動誤差測定システムの実現
を目的とする。
Further, if the emission direction of the laser beam can be switched to the three-axis directions, the setting for the measurement in the diagonal direction shown in FIG. 6 will not be easy, and there is a problem that complicated work is still required. there were. The present invention is to realize such a demand, and an object of the present invention is to realize a machine tool movement error measuring system that can easily measure a machine tool movement error and can be applied to automation of measurement work.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の工作機械の移動誤差測定システムは、干渉
光学ユニットがレーザ光源又は受光処理ユニットから分
離され、それらの間を光ファイバで接続したレーザ測長
器を使用し、干渉光学ユニットを外部信号に応じて回転
させる回転機構を備え、測定用レーザビームの出射方向
が切り換えられない従来のレーザ測長器を使用しても、
測定用レーザビームの出射方向が切り換えられるように
する。
In order to achieve the above object, the movement error measuring system for a machine tool according to the present invention is provided with an interferometer.
The optical unit is separated from the laser light source or the light reception processing unit.
Laser measurement, separated and connected with optical fiber between them
Equipped with a rotation mechanism that rotates the interference optical unit in response to an external signal, even if a conventional laser length measuring device that cannot switch the emitting direction of the measurement laser beam is used,
The emitting direction of the measuring laser beam is switched.

【0014】すなわち、本発明の工作機械の移動誤差測
定システムは、工作機械の各移動軸の移動誤差を、レー
ザ測長器を使用して測定する工作機械の移動誤差測定シ
ステムであって、移動部分に固定された測定用コーナー
キューブに向かって測定用レーザビームを出射する干渉
光学ユニットが、レーザ光源、又は測定用レーザビーム
と参照用レーザビームを合成した干渉光から干渉縞に応
じた電気信号を生成して干渉縞の変化数をカウントする
受光処理ユニットと分離して設けられ、それぞれの間で
レーザビームを伝達する光ファイバを有するレーザ測長
器を使用し、干渉光学ユニットを外部信号に応じて回転
させる回転機構を備えることを特徴とする。
[0014] That is, the machine tool movement error measurement system of the present invention, the movement error of each moving axis of the machine tool, a machine tool movement error measurement system to measure using the laser measurement device, mobile Measurement corner fixed to the part
Interference that emits a measuring laser beam towards the cube
The optical unit is a laser light source or a measurement laser beam
Of interference fringes from the interference light composed of
Generate the same electric signal and count the number of changes in interference fringes
It is provided separately from the light receiving processing unit, and between each
Laser length measurement with an optical fiber for transmitting a laser beam
And a rotation mechanism for rotating the interference optical unit according to an external signal.

【0015】3軸方向の移動誤差を測定するため、回転
機構は直角な2軸の回りを独立に回転可能な2軸回転機
構であることが望ましい。定したレーザビームを出射
するレーザ光源はかなりの大きさと重量を有するため、
レーザ光源を干渉光学ユニットと一緒に回転させること
は難しい。そこで、レーザ光源と干渉光から干渉縞に応
じた電気信号を生成して干渉縞の変化数をカウントする
受光処理ユニットは、干渉光学ユニットと分離して設
け、それらの間を光ファイバで接続した分離型レーザ測
長器を使用する。
In order to measure the movement error in the three-axis directions, it is desirable that the rotating mechanism is a two-axis rotating mechanism that can independently rotate around two orthogonal axes. Since the laser light source for emitting From boss was laser beam having a considerable size and weight,
It is difficult to rotate the laser light source together with the interference optical unit. Therefore, a light receiving processing unit that generates an electric signal according to the interference fringes from the laser light source and the interference light and counts the number of changes in the interference fringes is provided separately from the interference optical unit, and an optical fiber is connected between them. that use separate type laser measurement device.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図3は、本発明の第1実施例の縦
型のマシニングセンタの全自動測定システムの構成を示
す図である。図3に示すように、NC工作機械は従来の
ものと同じであり、加工ツール部92、載物台93、N
Cコントローラ97等を備える。従来のNC工作機械の
NCコントローラ97は、一般にRS−232C用ター
ミナル等のデータ入出力ポートを備えている。本発明が
適用されるNC工作機械のNCコントローラ97もこの
ようなデータ入出力ポートを備えていることが要求され
る。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a fully automatic measuring system for a vertical machining center according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the NC machine tool is the same as the conventional one, and includes a machining tool unit 92, a mounting table 93, and an N.
The C controller 97 and the like are provided. The NC controller 97 of the conventional NC machine tool generally has a data input / output port such as a terminal for RS-232C. The NC controller 97 of the NC machine tool to which the present invention is applied is also required to have such a data input / output port.

【0017】本実施例で使用されるレーザ測長器は実願
昭62−52869号に記載されている分離型レーザ干
渉計である。この分離型レーザ干渉計は、レーザ光源と
干渉光学ユニットの間を単一モードファイバ又は偏波面
保存ファイバ等の光ファイバで接続することにより、レ
ーザ光源と干渉光学ユニットの間のアラインメント調整
を不要にすると共にその間の配置の自由度を高めたレー
ザ測長器である。更に、信号処理部を干渉光学ユニット
から分離することも可能であり、干渉光学ユニットに光
検出器を設けて干渉縞の信号を電気信号に変換し、電気
信号用ケーブルで信号処理部に送ることも可能である
が、ここでは信号処理部に光検出器を設けて干渉縞の光
信号を光ファイバを介して信号処理部の光検出器に送信
する形式のものを使用する。これにより、干渉光学ユニ
ットをより小型にできる。
The laser length measuring device used in this embodiment is a separation type laser interferometer described in Japanese Patent Application No. 62-52869. This separable laser interferometer eliminates the need for alignment adjustment between the laser light source and the interference optical unit by connecting the laser light source and the interference optical unit with an optical fiber such as a single mode fiber or a polarization-maintaining fiber. In addition, the laser length measuring device has a high degree of freedom in arrangement between them. Furthermore, the signal processing unit can be separated from the interference optical unit, and a photodetector is provided in the interference optical unit to convert the signal of the interference fringes into an electric signal and send it to the signal processing unit with an electric signal cable. Although it is also possible, a type in which a photodetector is provided in the signal processing unit and an optical signal of an interference fringe is transmitted to the photodetector in the signal processing unit via an optical fiber is used here. As a result, the interference optical unit can be made smaller.

【0018】図3において、参照番号11はHe−Ne
レーザ等の可干渉距離の長いレーザ光を出力するレーザ
光源であり、14は干渉光学ユニットであり、15は回
転機構であり、16は信号処理ユニットであり、32は
回転機構15の動作を制御する方向切り換えコントロー
ラであり、31は測定制御部に相当するノート型パーソ
ナルコンピュータ(PC)である。ノート型PCは通常
のコンピュータであり、構成についての説明は省略す
る。レーザ光源11と干渉光学ユニット14の間は単一
モードファイバ又は偏波面保存ファイバ等の光ファイバ
121で接続され、干渉光学ユニット14と信号処理ユ
ニット16の間は光ファイバ122で接続されている。
回転機構15と方向切り換えコントローラ32の間は電
気ケーブル35で接続されている。また、ノート型PC
31とNCコントローラ97、信号処理ユニット16、
及び方向切り換えコントローラ32の間はデータ通信ケ
ーブルで接続されており、制御信号やデータの送受信が
可能である。信号処理ユニット16は光検出器とその出
力の変化から干渉縞の本数を計数するカウンタを備えて
いる。
In FIG. 3, reference numeral 11 is He-Ne.
A laser light source that outputs a laser beam having a long coherence length, such as a laser, 14 is an interference optical unit, 15 is a rotating mechanism, 16 is a signal processing unit, and 32 is an operation of the rotating mechanism 15. And a reference numeral 31 denotes a notebook personal computer (PC) corresponding to a measurement control unit. The notebook PC is an ordinary computer, and the description of the configuration is omitted. The laser light source 11 and the interference optical unit 14 are connected by an optical fiber 121 such as a single mode fiber or a polarization-maintaining fiber, and the interference optical unit 14 and the signal processing unit 16 are connected by an optical fiber 122. .
An electric cable 35 connects the rotating mechanism 15 and the direction switching controller 32. Also, a notebook PC
31 and NC controller 97, signal processing unit 16,
A data communication cable is connected between the direction switching controller 32 and the direction switching controller 32, and control signals and data can be transmitted and received. The signal processing unit 16 includes a photodetector and a counter that counts the number of interference fringes based on changes in the output thereof.

【0019】図4は、干渉光学ユニット14と回転機構
15の部分を示す斜視図である。図4に示すように、N
C工作機械の加工ツール部92からは主軸921が伸び
ており、その先端にエンドミル等の刃物を取り付けるツ
ールチャック922が設けられている。回転機構15は
このツールチャック922に取り付ける。回転機構15
は、ツールチャック922に取り付けるポール151
と、ポール151に固定された第1の支持部材154
と、第1の支持部材154に取り付けられたモータ15
2と、第1の支持部材154によって回転可能に支持さ
れモータ152によって回転する第2の支持部材155
と、第2の支持部材155に取り付けられたモータ15
3と、第2の支持部材155によって回転可能に支持さ
れモータ153によって回転する回転軸156と、回転
軸156に固定された第3の支持部材157を有する。
干渉光学ユニット14は第3の支持部材157に固定さ
れる。
FIG. 4 is a perspective view showing the interference optical unit 14 and the rotating mechanism 15. As shown in FIG.
A spindle 921 extends from the machining tool portion 92 of the C machine tool, and a tool chuck 922 for attaching a cutting tool such as an end mill is provided at the tip thereof. The rotating mechanism 15 is attached to the tool chuck 922. Rotating mechanism 15
Is a pole 151 attached to the tool chuck 922.
And the first support member 154 fixed to the pole 151.
And the motor 15 attached to the first support member 154.
2 and a second support member 155 rotatably supported by the first support member 154 and rotated by the motor 152.
And the motor 15 attached to the second support member 155.
3, a rotation shaft 156 rotatably supported by the second support member 155 and rotated by the motor 153, and a third support member 157 fixed to the rotation shaft 156.
The interference optical unit 14 is fixed to the third supporting member 157.

【0020】主軸921の方向をZ軸方向、Z軸方向に
垂直な平面内の2方向をX軸方向とY軸方向とし、図4
の状態で干渉光学ユニット14からX軸方向に測定用レ
ーザビームが出射されているとする。モータ152を回
転することにより、干渉光学ユニット14から出射され
る測定用レーザビームはXY平面内で方向が変化する。
従って、図4の状態から90°回転すればY軸方向に測
定用レーザビームが出射される。また、モータ153を
回転することにより、干渉光学ユニット14から出射さ
れる測定用レーザビームはXZ平面内で方向が変化す
る。従って、図4の状態から90°回転すればZ軸方向
に測定用レーザビームが出射される。モータ152と1
53は、方向切り換えコントローラ32とケーブル35
で接続されており、方向切り換えコントローラ32から
の駆動信号に応じて動作する。また、モータ152と1
53は、回転量を検出するエンコーダを備えたモータで
あり、方向切り換えコントローラ32はケーブル35を
介して回転量を検出できるようになっている。従って、
90°以外の所望の値だけ回転させることも可能であ
る。
The direction of the main shaft 921 is the Z-axis direction, and the two directions in the plane perpendicular to the Z-axis direction are the X-axis direction and the Y-axis direction.
In this state, it is assumed that the measurement laser beam is emitted from the interference optical unit 14 in the X-axis direction. By rotating the motor 152, the direction of the measuring laser beam emitted from the interference optical unit 14 changes in the XY plane.
Therefore, if it is rotated by 90 ° from the state of FIG. 4, the measuring laser beam is emitted in the Y-axis direction. Further, by rotating the motor 153, the direction of the measurement laser beam emitted from the interference optical unit 14 changes in the XZ plane. Therefore, if it is rotated 90 ° from the state shown in FIG. 4, the measurement laser beam is emitted in the Z-axis direction. Motors 152 and 1
53 is a direction switching controller 32 and a cable 35.
, And operates according to a drive signal from the direction switching controller 32. Also, the motors 152 and 1
Reference numeral 53 is a motor provided with an encoder for detecting the rotation amount, and the direction switching controller 32 can detect the rotation amount via the cable 35. Therefore,
It is also possible to rotate by any desired value other than 90 °.

【0021】図5は、干渉光学ユニット14の内部の構
成を示す図である。すでに説明したように、この干渉光
学ユニット14は、実願昭62−52869号に記載さ
れている分離型レーザ干渉計であり、図2に示した従来
の構成と異なるのは、レーザ光源11から光ファイバ1
21で伝達されたレーザビームを平行ビームにするコリ
メータレンズ139と、偏光板138を通過した干渉ビ
ームを光ファイバ122の端面に集光するコリメータレ
ンズ140とが設けられている点である。従って、詳し
い説明は省略する。
FIG. 5 is a diagram showing the internal construction of the interference optical unit 14. As described above, the interference optical unit 14 is the separation type laser interferometer described in Japanese Patent Application No. 62-52869, and the difference from the conventional configuration shown in FIG. Optical fiber 1
The point is that a collimator lens 139 that makes the laser beam transmitted by the laser beam 21 parallel to the parallel beam and a collimator lens 140 that focuses the interference beam that has passed through the polarizing plate 138 on the end face of the optical fiber 122 are provided. Therefore, detailed description is omitted.

【0022】図4と図5に示した干渉光学ユニット14
と回転機構15とを使用して図3に示したNC工作機械
91の移動誤差を測定する手順について簡単に説明す
る。まず最初にレーザビームの方向を切り換えた場合に
各軸に平行であることを確認し、各軸の測定に使用され
るコーナーキューブをすべて指定された位置に配置す
る。そして、最初に測定する軸方向に測定用レーザビー
ムが出射されるように設定した上で、NC工作機械91
の載物台93又は加工ツール部92を移動させ、その時
の移動量をレーザ測長器で測定する。1つの軸方向の測
定が終了したら、干渉光学ユニット14を回転して次に
測定する軸方向に測定レーザビームが出射されるように
した上で、移動量を測定し、残りの移動軸についても同
様の走査を行う。
The interference optical unit 14 shown in FIGS. 4 and 5.
A procedure for measuring the movement error of the NC machine tool 91 shown in FIG. 3 by using the and rotation mechanism 15 will be briefly described. First, make sure that the direction of the laser beam is parallel to each axis when switching the direction, and place all corner cubes used for measurement of each axis at the specified positions. Then, after setting the measurement laser beam to be emitted in the axial direction to be measured first, the NC machine tool 91
The mounting table 93 or the processing tool section 92 is moved, and the amount of movement at that time is measured by the laser length measuring device. When the measurement in one axial direction is completed, the interference optical unit 14 is rotated so that the measurement laser beam is emitted in the axial direction to be measured next, the movement amount is measured, and the remaining movement axes are also measured. The same scan is performed.

【0023】工作機械では、移動軸方向だけでなく、A
NSI/ASME B5,54等に規定されているよう
に移動軸に対してある角度をなす方向に移動させた時の
移動誤差であるダイアゴナル移動誤差を測定する必要が
ある場合がある。このような場合には、回転機構により
干渉光学ユニットを回転させて、ダイアゴナル移動方向
に測定レーザビームが出射されるように設定した上で、
測定を行えばよい。本発明の移動誤差測定システムで
は、各軸方向の移動誤差を測定した後、続けてダイアゴ
ナル移動誤差を測定する場合も、自動的にダイアゴナル
移動に測定レーザビームが出射されるように設定できる
ので、連続して測定することが可能である。
In the machine tool, not only the movement axis direction but also A
In some cases, it is necessary to measure a diagonal movement error, which is a movement error when moved in a direction forming an angle with respect to the movement axis as specified in NSI / ASME B5, 54 and the like. In such a case, after rotating the interference optical unit by the rotating mechanism and setting the measurement laser beam to be emitted in the diagonal movement direction,
You just have to measure. In the movement error measuring system of the present invention, after measuring the movement error in each axial direction, even when continuously measuring the diagonal movement error, it is possible to set the measurement laser beam to be automatically emitted in the diagonal movement, It is possible to measure continuously.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
煩雑な工作機械の移動誤差測定作業が簡単に行えるよう
になり、工数が削減されると共に、測定作業を大幅に自
動化することも可能になる。
As described above, according to the present invention,
It becomes possible to easily perform the complicated work of measuring the movement error of the machine tool, which reduces the man-hours and makes it possible to greatly automate the measurement work.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】NC工作機械の移動軸方向の移動誤差を測定す
る従来の配置例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a conventional arrangement example for measuring a movement error in a movement axis direction of an NC machine tool.

【図2】従来の干渉光学ユニットの構成を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional interference optical unit.

【図3】本発明の実施例の縦型マシニングセンタの移動
誤差測定システムの構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a movement error measuring system for a vertical machining center according to an embodiment of the present invention.

【図4】実施例の干渉光学ユニットと回転機構を示す斜
視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing an interference optical unit and a rotation mechanism of the embodiment.

【図5】実施例の干渉光学ユニットの構成を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an interference optical unit of an example.

【図6】対角線方向の移動誤差を測定するための従来の
セッティング例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a conventional setting example for measuring a movement error in a diagonal direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…レーザ光源 13、14…干渉光学ユニット 16…信号処理ユニット 170、171、172…コーナーキューブ 31…測定制御手段(ノート型パーソナルコンピュー
タ) 91…工作機械 92…加工ツール部 93…載置台 97…NCコントローラ
11 ... Laser light sources 13, 14 ... Interference optical unit 16 ... Signal processing units 170, 171, 172 ... Corner cube 31 ... Measurement control means (notebook personal computer) 91 ... Machine tool 92 ... Machining tool section 93 ... Mounting table 97 ... NC controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−183042(JP,A) 特開 平6−114684(JP,A) 特開 昭63−56385(JP,A) 特開 平1−191002(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 17/24 G01B 9/02,11/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-9-183042 (JP, A) JP-A-6-114684 (JP, A) JP-A-63-56385 (JP, A) JP-A-1- 191002 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B23Q 17/24 G01B 9 / 02,11 / 00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 工作機械(91)の各移動軸の移動誤差
を、レーザ測長器を使用して測定する工作機械の移動誤
差測定システムであって、 前記レーザ測長器は、レーザ光源(11)が、移動部分
に固定された測定用コーナーキューブ(170、17
1、172)に向かって測定用レーザビームを出射する
干渉光学ユニット(14)と分離して設けられており、
前記レーザ光源(11)から前記干渉光学ユニット(1
4)にレーザビームを伝達する光ファイバ(121)を
備え、前記干渉光学ユニット(14)は、少なくともビームス
プリッタ(131)と参照用コーナーキューブ(13
2)とを含み、 前記ビームスプリッタ(131)と参照用コーナーキュ
ーブ(132)とを含む前記干渉光学ユニット(14)
全体を、 外部信号に応じて回転させる回転機構(15)
を備えることを特徴とする工作機械の移動誤差測定シス
テム。
1. A movement error measuring system for a machine tool, wherein a movement error of each movement axis of a machine tool (91) is measured using a laser length measuring machine, wherein the laser length measuring machine is a laser light source ( 11) is a measurement corner cube (170, 17) fixed to the moving part.
1, 172) and is provided separately from the interference optical unit (14) that emits the measurement laser beam.
From the laser light source (11) to the interference optical unit (1
4) is provided with an optical fiber (121) for transmitting a laser beam, and the interference optical unit (14) has at least a beam scanning unit.
Plitter (131) and reference corner cube (13
2), including the beam splitter (131) and a reference corner cube.
The interference optical unit (14) including a tube (132)
Rotation mechanism (15) for rotating the whole according to an external signal
A machine tool movement error measuring system comprising:
【請求項2】 請求項1に記載の工作機械の移動誤差測
定システムであって、 前記レーザ測長器は、前記干渉光学ユニット(14)
が、前記測定用レーザビームと参照用レーザビームを合
成した干渉光から干渉縞に応じた電気信号を生成して干
渉縞の変化数をカウントする受光処理ユニット(16)
と分離して設けられており、前記干渉光学ユニット(1
4)から前記受光処理ユニット(16)にレーザビーム
を伝達する光ファイバ(122)を備える工作機械の移
動誤差測定システム。
2. The movement error measuring system for a machine tool according to claim 1, wherein the laser length measuring device is the interference optical unit (14).
A light receiving processing unit (16) that counts the number of changes in the interference fringes by generating an electrical signal corresponding to the interference fringes from the interference light obtained by combining the measurement laser beam and the reference laser beam.
And the interference optical unit (1
4) A movement error measuring system for a machine tool, comprising an optical fiber (122) for transmitting a laser beam from the light receiving processing unit (16) to the light receiving processing unit (16).
【請求項3】 工作機械(91)の各移動軸の移動誤差
を、レーザ測長器を使用して測定する工作機械の移動誤
差測定システムであって、 前記レーザ測長器は、移動部分に固定された測定用コー
ナーキューブ(170、171、172)に向かって測
定用レーザビームを出射する干渉光学ユニット(14)
が、前記測定用レーザビームと参照用レーザビームを合
成した干渉光から干渉縞に応じた電気信号を生成して干
渉縞の変化数をカウントする受光処理ユニット(16)
と分離して設けられており、前記干渉光学ユニット(1
4)から前記受光処理ユニット(16)にレーザビーム
を伝達する光ファイバ(122)を備え、前記干渉光学ユニット(14)は、少なくともビームス
プリッタ(131)と参照用コーナーキューブ(13
2)とを含み、 前記ビームスプリッタ(131)と参照用コーナーキュ
ーブ(132)とを含む前記干渉光学ユニット(14)
全体を、 外部信号に応じて回転させる回転機構(15)
を備えることを特徴とする工作機械の移動誤差測定シス
テム。
3. A machine tool movement error measuring system for measuring a movement error of each movement axis of a machine tool (91) using a laser length measuring machine, wherein the laser length measuring machine is provided in a moving part. Interference optical unit (14) for emitting a measurement laser beam toward a fixed measurement corner cube (170, 171, 172).
A light receiving processing unit (16) that counts the number of changes in the interference fringes by generating an electrical signal corresponding to the interference fringes from the interference light obtained by combining the measurement laser beam and the reference laser beam.
And the interference optical unit (1
4) is provided with an optical fiber (122) for transmitting a laser beam from the light reception processing unit (16), and the interference optical unit (14) includes at least a beam splitter.
Plitter (131) and reference corner cube (13
2), including the beam splitter (131) and a reference corner cube.
The interference optical unit (14) including a tube (132)
Rotation mechanism (15) for rotating the whole according to an external signal
A machine tool movement error measuring system comprising:
【請求項4】 請求項1から3のいずれか1項に記載の
工作機械の移動誤差測定システムであって、 前記回転機構(15)は、直角な2軸の回りを独立に回
転可能な2軸回転機構である工作機械の移動誤差測定シ
ステム。
4. The movement error measuring system for a machine tool according to claim 1, wherein the rotation mechanism (15) is capable of independently rotating about two orthogonal axes. A system for measuring the movement error of a machine tool that is a shaft rotation mechanism.
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