JP3396733B2 - 角度計と変位計の組み合わせによる回転体の円周形状と運動精度の分離測定方法及び測定装置 - Google Patents
角度計と変位計の組み合わせによる回転体の円周形状と運動精度の分離測定方法及び測定装置Info
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- JP3396733B2 JP3396733B2 JP2000260202A JP2000260202A JP3396733B2 JP 3396733 B2 JP3396733 B2 JP 3396733B2 JP 2000260202 A JP2000260202 A JP 2000260202A JP 2000260202 A JP2000260202 A JP 2000260202A JP 3396733 B2 JP3396733 B2 JP 3396733B2
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- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３本の変位計と１本
の角度計を組み合わせて測定することにより、正面切削
旋盤など回転体の回転面円周上の形状と回転運動中に発
生するアンギュラモーションエラー、アキシャルモーシ
ョンエラーの２種類の運動誤差を分離して測定する手法
に関する。
の角度計を組み合わせて測定することにより、正面切削
旋盤など回転体の回転面円周上の形状と回転運動中に発
生するアンギュラモーションエラー、アキシャルモーシ
ョンエラーの２種類の運動誤差を分離して測定する手法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転体の運動誤差評価は、工作機械の加
工精度を保証するために重要とされている。正面切削の
ように回転主軸回転面にワークを取り付け、正面からバ
イトで切りこむような加工においては、回転面垂直方向
の動きであるアキシャルモーションエラーと回転軸が傾
くことによっておこるアンギュラモーションエラーの2
種類の運動誤差が、加工面の高さ方向誤差に大きく影響
を与える。そのためこれらの運動誤差の評価が特に重要
視されている。
工精度を保証するために重要とされている。正面切削の
ように回転主軸回転面にワークを取り付け、正面からバ
イトで切りこむような加工においては、回転面垂直方向
の動きであるアキシャルモーションエラーと回転軸が傾
くことによっておこるアンギュラモーションエラーの2
種類の運動誤差が、加工面の高さ方向誤差に大きく影響
を与える。そのためこれらの運動誤差の評価が特に重要
視されている。
【０００３】従来よりこのような運動誤差の評価は、十
分な真球度が保証されたマスターボールを主軸に取り付
け、高精度な非接触式変位計を用いた測定によって行わ
れてきた。しかしこの手法は回転主軸の中心にマスター
ボールを取り付けなければならないため、加工中にイン
プロセスで回転精度の評価が行えないという問題があ
る。
分な真球度が保証されたマスターボールを主軸に取り付
け、高精度な非接触式変位計を用いた測定によって行わ
れてきた。しかしこの手法は回転主軸の中心にマスター
ボールを取り付けなければならないため、加工中にイン
プロセスで回転精度の評価が行えないという問題があ
る。
【０００４】また、一般にマスターボールの様な計測基
準は、評価したい運動精度の一桁上の形状精度を持って
いなければならないとされている。今後ますます高まる
であろう高精度化への要求に応えうる様な高い形状精度
を持つ測定基準を用意し、精度管理を行うことは技術的
にもコスト的にも難しい。
準は、評価したい運動精度の一桁上の形状精度を持って
いなければならないとされている。今後ますます高まる
であろう高精度化への要求に応えうる様な高い形状精度
を持つ測定基準を用意し、精度管理を行うことは技術的
にもコスト的にも難しい。
【０００５】これに対し主軸回転面の任意半径円周上に
４本の変位計を配し、これらの出力を取り込み、演算処
理を施すことによって、円周上の形状と運動誤差を分離
して測定することのできる４点法と呼ばれる方法が提案
されている。
４本の変位計を配し、これらの出力を取り込み、演算処
理を施すことによって、円周上の形状と運動誤差を分離
して測定することのできる４点法と呼ばれる方法が提案
されている。
【０００６】そのためこの手法は運動精度の評価のため
に特別高精度な基準を必要としないという特徴を持つ。
また、加工されるワークの周囲の形状を測定するため
に、加工作業空間を干渉せずにインプロセスで測定がで
きるという長所を持つ。
に特別高精度な基準を必要としないという特徴を持つ。
また、加工されるワークの周囲の形状を測定するため
に、加工作業空間を干渉せずにインプロセスで測定がで
きるという長所を持つ。
【０００７】ところがこの手法は変位計を配した間隔に
応じて、形状や運動誤差のある空間周波数成分が測定で
きないという問題がある。
応じて、形状や運動誤差のある空間周波数成分が測定で
きないという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の問題を解決することを目的とするものであり、
マスターボールのような特別高精度な計測基準を用いず
に、インプロセスで主軸の表面形状と回転精度（運転精
度）の測定が可能であり、しかも従来の４点法と異な
り、すべての空間周波数成分の形状と運動精度の分離測
定を可能とする測定方法及びその測定装置を実現するも
のである。
な従来の問題を解決することを目的とするものであり、
マスターボールのような特別高精度な計測基準を用いず
に、インプロセスで主軸の表面形状と回転精度（運転精
度）の測定が可能であり、しかも従来の４点法と異な
り、すべての空間周波数成分の形状と運動精度の分離測
定を可能とする測定方法及びその測定装置を実現するも
のである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、被計測回転体の回転面任意半径円周上
に、設定された角度で設置された3本の変位計と1本の角
度計で回転面を測定し、差動演算で回転体のアンギュラ
モーションエラーとx、y軸周りのアキシャルモーション
エラーの影響を取り除き、任意半径円周上の形状を求め
ることを特徴とする回転体の円周形状の測定方法を提供
する。
決するために、被計測回転体の回転面任意半径円周上
に、設定された角度で設置された3本の変位計と1本の角
度計で回転面を測定し、差動演算で回転体のアンギュラ
モーションエラーとx、y軸周りのアキシャルモーション
エラーの影響を取り除き、任意半径円周上の形状を求め
ることを特徴とする回転体の円周形状の測定方法を提供
する。
【００１０】本発明は上記課題を解決するために、被計
測回転体の回転面任意半径円周上に、設定された角度で
設置された3本の変位計と1本の角度計で回転面を測定
し、差動演算で回転体のアンギュラモーションエラーと
x、y軸周りのアキシャルモーションエラーの影響を取り
除き、任意半径円周上の形状を求め、該形状と変位計出
力、角度計出力を使って回転体のアンギュラモーション
エラーとx、y軸周りのアキシャルモーションエラーを求
めることを特徴とするアキシャルモーションエラーの測
定方法を提供する。
測回転体の回転面任意半径円周上に、設定された角度で
設置された3本の変位計と1本の角度計で回転面を測定
し、差動演算で回転体のアンギュラモーションエラーと
x、y軸周りのアキシャルモーションエラーの影響を取り
除き、任意半径円周上の形状を求め、該形状と変位計出
力、角度計出力を使って回転体のアンギュラモーション
エラーとx、y軸周りのアキシャルモーションエラーを求
めることを特徴とするアキシャルモーションエラーの測
定方法を提供する。
【００１１】本発明は上記課題を解決するために、被計
測回転体の回転面任意半径円周上に、設定された角度で
設置された3本の変位計と1本の角度計とから構成され、
被計測回転体の回転面任意半径円周上の形状もしくは回
転体のアンギュラモーションエラーとx、y軸周りのアキ
シャルモーションエラーを測定することのできることを
特徴とする測定装置を提供する。
測回転体の回転面任意半径円周上に、設定された角度で
設置された3本の変位計と1本の角度計とから構成され、
被計測回転体の回転面任意半径円周上の形状もしくは回
転体のアンギュラモーションエラーとx、y軸周りのアキ
シャルモーションエラーを測定することのできることを
特徴とする測定装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に係る測定方法及び測定装
置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下
説明する。この測定方法及び測定装置は、図1に示すよ
うに３本の変位計４ａ、４ｂ、４ｃと１本の角度計３
を、回転主軸の端面に対向するように、固定側のセンサ
ステージ２に固定して、回転主軸1の任意半径の円周面
を測定するものである。
置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下
説明する。この測定方法及び測定装置は、図1に示すよ
うに３本の変位計４ａ、４ｂ、４ｃと１本の角度計３
を、回転主軸の端面に対向するように、固定側のセンサ
ステージ２に固定して、回転主軸1の任意半径の円周面
を測定するものである。
【００１３】本発明で使用される変位計４ａ、４ｂ、４
ｃは、回転主軸の変位が検出できればどのような装置で
もよいが、例えば、主軸１の端面に対する静電容量の変
化を調べることにより、端面の変位計からの距離を測定
する静電容量変位計等を使用してもよい。角度計は、主
軸１の端面に対するレーザ光を照射しその反射光で角度
を検出する光学的角度計等を使用してもよい。
ｃは、回転主軸の変位が検出できればどのような装置で
もよいが、例えば、主軸１の端面に対する静電容量の変
化を調べることにより、端面の変位計からの距離を測定
する静電容量変位計等を使用してもよい。角度計は、主
軸１の端面に対するレーザ光を照射しその反射光で角度
を検出する光学的角度計等を使用してもよい。
【００１４】本発明では、変位計４ａ、４ｂ、４ｃと角
度計３の検出値をコンピュータによって処理し、主軸の
表面形状と運転精度を分離して測定データとして得るこ
とができる。
度計３の検出値をコンピュータによって処理し、主軸の
表面形状と運転精度を分離して測定データとして得るこ
とができる。
【００１５】本発明の具体的な測定方法について、以下
さらに詳細に説明する。回転運動体の面方向運動誤差に
は図２で示されるように、アキシャルモーションe
z(q)、 x軸周りのアンギュラモーションepx(q)、 y軸周
りのアンギュラモーションepy(q)の３つが考えられる。
ここでqは回転運動体の回転角である。
さらに詳細に説明する。回転運動体の面方向運動誤差に
は図２で示されるように、アキシャルモーションe
z(q)、 x軸周りのアンギュラモーションepx(q)、 y軸周
りのアンギュラモーションepy(q)の３つが考えられる。
ここでqは回転運動体の回転角である。
【００１６】極座標表示 (R、 ψ)で表される点Pにおけ
る変位検出m(θ)、角度検出m(θ)は、この円周上の変位
形状をf(θ)、角度形状をf'(q)とするとそれぞれ次の式
１、２で表される。
る変位検出m(θ)、角度検出m(θ)は、この円周上の変位
形状をf(θ)、角度形状をf'(q)とするとそれぞれ次の式
１、２で表される。
【００１７】
【式１】
【００１８】
【式２】
【００１９】今、図３に示すように基準位置からπ/2の
位置に角度計3を配置し、その両側にj離した変位計4a、
4b、基準位置より-π/2の位置に変位計4cをそれぞれ配
置した場合を考えるとその出力は次の式３の様になる。
位置に角度計3を配置し、その両側にj離した変位計4a、
4b、基準位置より-π/2の位置に変位計4cをそれぞれ配
置した場合を考えるとその出力は次の式３の様になる。
【００２０】
【式３】
【００２１】上記式３の(3a)、(3b)、(3d)を用いて次の
式４の演算を行うことによって、運動誤差の影響を受け
ない出力を得ることができる。
式４の演算を行うことによって、運動誤差の影響を受け
ない出力を得ることができる。
【００２２】
【式４】
【００２３】今、形状f(θ)のフーリエ変換のn次成分を
F(wn)とすると、m(q)のフーリエ変換M(wn)は次の式５の
ようになり、本手法の伝達関数H(wn)は次の式６のよう
になる。
F(wn)とすると、m(q)のフーリエ変換M(wn)は次の式５の
ようになり、本手法の伝達関数H(wn)は次の式６のよう
になる。
【００２４】
【式５】
【００２５】
【式６】
【００２６】各プローブ出力によって得られたm(q)をフ
ーリエ変換し、上記伝達関数を用いて逆フィルタリング
の手法を適用することによって、真の形状f(θ)を得る
ことができる。さらに求めたf(θ)と(3d)式を使ってepy
(q)が得られる。これと(3a)〜(3c)を用いることによ
り、ez(q)、 epy(q)を求めることができる。
ーリエ変換し、上記伝達関数を用いて逆フィルタリング
の手法を適用することによって、真の形状f(θ)を得る
ことができる。さらに求めたf(θ)と(3d)式を使ってepy
(q)が得られる。これと(3a)〜(3c)を用いることによ
り、ez(q)、 epy(q)を求めることができる。
【００２７】以上、本発明では、３本の変位計４ａ、４
ｂ、４ｃと１本の角度計３の検出データをコンピュータ
に入力して、処理することにより、面方向運動誤差であ
るアキシャルモーションez(q)、 x軸周りのアンギュラ
モーションepx(q)、 y軸周りのアンギュラモーションe
py(q)の３つが夫々求められるとともに、円周上の変位
形状をf(θ)も別途求めることが可能となる。
ｂ、４ｃと１本の角度計３の検出データをコンピュータ
に入力して、処理することにより、面方向運動誤差であ
るアキシャルモーションez(q)、 x軸周りのアンギュラ
モーションepx(q)、 y軸周りのアンギュラモーションe
py(q)の３つが夫々求められるとともに、円周上の変位
形状をf(θ)も別途求めることが可能となる。
【００２８】このようにして解析されたアキシャルモー
ションez(q)、 x軸周りのアンギュラモーションe
px(q)、 y軸周りのアンギュラモーションepy(q)、円周
上の変位形状をf(θ)は、これらの値を、工作機械の設
計データとして利用できるだけでなく、刃物台の送り、
あるいは工作物の回転や直線方向の送りにフィードバッ
クすることで、より精度の優れた機械加工が可能とな
る。
ションez(q)、 x軸周りのアンギュラモーションe
px(q)、 y軸周りのアンギュラモーションepy(q)、円周
上の変位形状をf(θ)は、これらの値を、工作機械の設
計データとして利用できるだけでなく、刃物台の送り、
あるいは工作物の回転や直線方向の送りにフィードバッ
クすることで、より精度の優れた機械加工が可能とな
る。
【００２９】これに対し、図４に示す様な従来の4点法
においては、伝達関数H4(wn)は次の式７の様に表され
る。
においては、伝達関数H4(wn)は次の式７の様に表され
る。
【００３０】
【式７】
【００３１】この場合、H4(wn)=0 となるnが必ず存在す
る。例えばj1=0、 j2=π/2、 j3=π、j4=3π/2とする
と、式７は、次の式８のようになる。
る。例えばj1=0、 j2=π/2、 j3=π、j4=3π/2とする
と、式７は、次の式８のようになる。
【００３２】
【式８】
【００３３】n=2+4k (k=1、2、3．．．)以外のときはH4
(wn)=0となる。これは4点法において、その次数の成分
が脱落することを意味する。よって4点法では形状、運
動誤差とも、測定できない成分がある。
(wn)=0となる。これは4点法において、その次数の成分
が脱落することを意味する。よって4点法では形状、運
動誤差とも、測定できない成分がある。
【００３４】一方、式６からわかるように、本手法では
n=2次以上の成分で伝達関数が0になることはない。な
お、1次成分についてはその発生要因が静的な偏心によ
るものと見なすことができるので、本手法、4点法とも
測定の対象としていない。
n=2次以上の成分で伝達関数が0になることはない。な
お、1次成分についてはその発生要因が静的な偏心によ
るものと見なすことができるので、本手法、4点法とも
測定の対象としていない。
【００３５】以上、本発明に係る実施の形態を実施例に
基づいて説明したが、本発明は、特にこのような実施例
に限定されるものではなく、特許請求の範囲記載の技術
的事項の範囲内でその他いろいろな実施の態様があるこ
とは言うまでもない。
基づいて説明したが、本発明は、特にこのような実施例
に限定されるものではなく、特許請求の範囲記載の技術
的事項の範囲内でその他いろいろな実施の態様があるこ
とは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】本発明は上述のように、特別高精度な基
準を用いなくとも、回転体のアキシャルモーション、ア
ンギュラモーションを測定する事ができる。また従来提
案されてきた4点法に比べ、すべての次数成分を測定で
きるという長所を持つ。本発明によって正面切削旋盤な
どの回転精度を高精度の測定することが可能となる。
準を用いなくとも、回転体のアキシャルモーション、ア
ンギュラモーションを測定する事ができる。また従来提
案されてきた4点法に比べ、すべての次数成分を測定で
きるという長所を持つ。本発明によって正面切削旋盤な
どの回転精度を高精度の測定することが可能となる。
【図１】 本発明の一実施例の概念図である。
【図２】 本発明で測定の対象とする回転主軸に発生す
るアキシャルモーションez(q)と2つのアンギュラモーシ
ョンepx(q)、epy(q)を示した説明図である。
るアキシャルモーションez(q)と2つのアンギュラモーシ
ョンepx(q)、epy(q)を示した説明図である。
【図３】 本発明のセンサ配置図を示したものである。
【図４】 本発明と比較するための4点法のセンサ配置
図である。
図である。
１ 回転主軸
２ センサステージ
３ 角度計
４a 変位計
４b 変位計
４c 変位計
Claims (3)
- 【請求項１】 被計測回転体の回転面任意半径円周上
に、設定された角度で設置された3本の変位計と1本の角
度計で回転面を測定し、差動演算で回転体のアンギュラ
モーションエラーとx、y軸周りのアキシャルモーション
エラーの影響を取り除き、任意半径円周上の形状を求め
ることを特徴とする回転体の円周形状の測定方法。 - 【請求項２】 被計測回転体の回転面任意半径円周上
に、設定された角度で設置された3本の変位計と1本の角
度計で回転面を測定し、差動演算で回転体のアンギュラ
モーションエラーとx、y軸周りのアキシャルモーション
エラーの影響を取り除き、任意半径円周上の形状を求
め、該形状と変位計出力、角度計出力を使って回転体の
アンギュラモーションエラーとx、y軸周りのアキシャル
モーションエラーを求めることを特徴とするアキシャル
モーションエラーの測定方法。 - 【請求項３】 被計測回転体の回転面任意半径円周上
に、設定された角度で設置された3本の変位計と1本の角
度計とから構成され、被計測回転体の回転面任意半径円
周上の形状もしくは回転体のアンギュラモーションエラ
ーとx、y軸周りのアキシャルモーションエラーを測定す
ることのできることを特徴とする測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260202A JP3396733B2 (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 角度計と変位計の組み合わせによる回転体の円周形状と運動精度の分離測定方法及び測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260202A JP3396733B2 (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 角度計と変位計の組み合わせによる回転体の円周形状と運動精度の分離測定方法及び測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002071336A JP2002071336A (ja) | 2002-03-08 |
| JP3396733B2 true JP3396733B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=18748246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000260202A Expired - Lifetime JP3396733B2 (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 角度計と変位計の組み合わせによる回転体の円周形状と運動精度の分離測定方法及び測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3396733B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5275866B2 (ja) * | 2009-03-25 | 2013-08-28 | 正人 明田川 | ５自由度誤差測定装置 |
| JP5460427B2 (ja) * | 2010-04-02 | 2014-04-02 | 株式会社 大菱計器製作所 | 測定方法及び形状測定装置 |
| CN105043317B (zh) * | 2015-05-29 | 2017-06-23 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置与测量方法 |
-
2000
- 2000-08-30 JP JP2000260202A patent/JP3396733B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002071336A (ja) | 2002-03-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3396733 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
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|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
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|
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