JP3657252B2 - ワーク形状測定装置を用いた形状測定システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク加工工程において、加工前、または加工終了後、更には加工中においても、短時間の停止で着脱容易とし、随時ワークの形状における変化状況及びワークの最終形状を測定可能とする非接触式のワーク形状測定装置を用いた形状測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＮＣ加工機上でのワークの形状測定に関しては、生産効率を低下させることなく、またコストを高くすることなく、加工後ワークの形状を計測する形状計測装置が知られる。即ち、素材を加工する工具は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に駆動され、エンコーダによって各軸位置が検出される。また、工具を装着するタレットには、ＮＣ旋盤ワーク計測用センサが装着されており、上述した工具と同じ工具駆動手段で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動する。このため工具が、前記工具駆動手段により、加工開始位置に移動すると、ＮＣ旋盤ワーク計測用センサも移動して、ワーク固定用爪にて主軸中心であって加工時と異なる計測位置に固定された加工後ワークに接触することにより、加工後ワークの形状計測も同時に行うというものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、加工する工作物の位置測定が容易、且つ測定時間を短縮可能なＮＣ工作機械システムおよびＮＣ工作機械における工作物位置測定方法が知られる。
【０００４】
即ち、ＮＣ工作機械と、工具と工作物との相対位置の位置制御を行う位置制御手段としてのＮＣ装置と、ＮＣ工作機械の主軸ヘッドの所定の位置に設けられ、主軸の軸線の延長線上を通り、互いに交差する平面状の第１および第２の基準光Ｌｘ、Ｌｙを工作物に向けて照射するＸ軸およびＹ軸基準光照射装置と、ＮＣ装置に対して工具と工作物との相対位置を変更させる位置指令を出力可能な外部操作装置と、主軸と工作物の所定の位置との主軸の軸線方向の相対位置を非接触で測定してＮＣ装置に出力する非接触測長器を有するものである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１９８００３号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】
特開平１１−２４９７１９号公報（第１頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら上述の従来例では、（１）前者の場合では、ＮＣ旋盤のように、工具と同一の移動平面に位置検出センサを設置可能な場合であって、且つ接触式センサを用いる場合にのみ適用できるもので、旋盤装置以外の加工機には適用不可能である。また、（２）後者の場合は、非接触式センサを用いるものの、加工するワーク（工作物）の位置測定は可能でも、ワークの形状測定には、不向きである。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みて成されたもので、簡単に着脱可能であり、ＮＣ加工機の主軸と座標軸Ｚとを同一軸心上にセット出来、且つ操作が簡便であり、加工機のＸ、Ｙ軸の二次元座標に対しても精度よく簡単に取り付けが出来、取り付け位置を加工機主軸の同軸上先端としたことで、他物の干渉を回避でき、構造簡単・高精度・高信頼性を有するワーク形状測定装置を用いた形状測定システム。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。
【０００９】
（１）ＮＣ加工機上で操作自在な非接触式のワーク形状測定装置を用いた形状測定システムであって、ワーク形状測定装置本体を前記ＮＣ加工機のＸＹ方向位置検出装置を有する主軸部の軸心上に係合して着脱可能に設け、且つＸ−Ｙ平面に平行に旋回位置決め調節可能なＸＹ方向位置決め調節機構と、前記軸心上の上方所定位置の仮想支点を中心に軸心を通り且つＸＹ平面に垂直な面内を円弧状ガイド面に沿って所望角度可傾回動自在の走査光照射角調節機構と、走査光を照射・受光してワークの変位量を測定可能な走査光照射・受光手段とから構成され、前記ワーク形状測定装置及び前記ＮＣ加工機のＸＹ方向位置検出装置の両者からの出力信号を受信して演算処理し、演算結果から得られたワークの形状に関する情報を認識すると共に、該情報を表示部に表示及び／または３Ｄ−ＣＡＤへ出力して各種情報の処理及び操作制御を可能とする外部制御装置を備えて成ることを特徴とするワーク形状測定装置を用いた形状測定システム。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るワーク形状測定装置を用いた形状測定システムの実施の形態について説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、本発明に係るワーク形状測定装置をＮＣ加工機の主軸部に取り付けた状態を示す側面図、（ｂ）は、走査光照射角調節機構を作用させた状態を示す側面図である。
【００１３】
図１（ａ）、（ｂ）において、２００は、ＮＣ加工機上で操作自在な非接触式のワーク形状測定装置であって、ワーク形状測定装置２００本体を、前記ＮＣ加工機のＸＹ方向位置検出装置１００を有する主軸部０１の軸心上に係合して着脱可能に設け、前記ワーク形状測定装置２００は、Ｘ−Ｙ軸からなる二次元座標面に平行に旋回位置決め調節可能なＸＹ方向位置決め調節機構２０１と、前記軸心上の上方所定位置の仮想支点Ｐを中心に円弧状ガイド面２０２ａに沿って所望角度可傾回動自在の走査光照射角調節機構２０２と、走査光を照射・受光してワークの変位量を測定可能な走査光照射・受光手段２０３とから成り、ＸＹ方向位置決め調節機構２０１は、摺動面２０１ａを介して３６０°全方位に対して旋回位置決め可能であり、走査光照射角調節機構２０２は、円弧状ガイド面２０２ａに沿って走査光照射角を、例えば、α°等の所望角度になるように、走査光照射・受光手段２０３を可傾回動して位置決めし、図１（ｂ）に示すように、ワークＷの傾斜面でも測定が可能である。
【００１４】
図２は、ワーク形状測定装置の構成及び走査光照射角調節機構を作用させた状態を示す詳細説明図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ矢視図である。
【００１５】
図２（ａ）、（ｂ）は、ワーク形状測定装置２００が、例えばＹ軸を基点にしてＸＹ方向位置決め調節機構２０１を作用させ所望角度旋回して、図中斜め左方向にワーク形状測定装置２００の姿勢を位置決め制御し、Ａ−Ａ矢視に示すように走査光照射角調節機構２０２により、走査光照射・受光手段２０３を加工機の０軸となる座標系のＺ軸からα°回動傾斜させ、走査光照射部２０３ａより所定方向に走査光を照射できるようにする。
【００１６】
図３は、本発明に係るワーク形状測定装置をＮＣ加工機の主軸部に取り付けた状態の全体構成を示す斜視図である。
【００１７】
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の三次元・直角座標系のＺ軸をＮＣ加工機の主軸部０１の先端部に主軸部０１の軸心とＺ軸が一致するようにワーク形状測定装置２００を、図３に示すように装着し、加工機ベッドＢ上のワークＷの形状を測定できるようにセットする。
【００１８】
図４は、本発明に係るワーク形状測定装置を用いた形状測定システムの構成例を示すブロック図である。
【００１９】
ＮＣ（数値制御）装置０２に制御されて動作するＮＣ加工機のＸＹ方向位置検出装置１００と、ＸＹ方向位置決め調節機構２０１、走査光照射角調節機構２０２、走査光照射・受光手段２０３の３要素から成るワーク形状測定装置２００と、外部制御装置３００とを相互に信号を授受可能に接続し、更に外部制御装置３００から得られるワークの形状情報としての出力信号を３Ｄ−ＣＡＤに伝送可能に接続し、形状測定システムを構成した一例を示す。
【００２０】
即ち、前記ワーク形状測定装置２００と、前記ＮＣ加工機のＸＹ方向位置検出装置１００との両者からの出力信号を受信して演算処理し、演算結果から得られたワークの形状に関する情報を認識すると共に、該情報を表示部（図示略）に表示、または３Ｄ−ＣＡＤへ出力する等、各種情報を制御、且つ操作制御可能な外部制御装置３００を備えている。
【００２１】
また、走査光照射・受光手段２０３は、例えば、走査光をレーザ光Ｌｅとし、受光用素子にＣＣＤを用い、照射されたレーザ光の反射光を、集光レンズを介して前記ＣＣＤ上に結像させ、ワークＷの変位に対応して変化する反射角度によって移動するＣＣＤ上の結像位置を検出することによって、ワークの変位量を測定し、ワークの形状を認識する構成とすることができる。
【００２２】
尚また、例えば、外部制御装置３００に画像処理回路を設け、ワーク形状データを画像処理して画像情報を生成し、生成した画像情報をモニタ等に表示するようにしても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡単に着脱可能であり、ＮＣ加工機の主軸と座標軸Ｚとを同一軸心上にセット出来、且つ操作が簡便であり、加工機のＸ、Ｙ軸の二次元座標に対しても精度よく簡単に取り付けが出来、取り付け位置を加工機主軸の同軸上先端としたことで、他物の干渉を回避でき、構造簡単・高精度・高信頼性を有するワーク形状測定装置を用いた形状測定システムを提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）本発明に係るワーク形状測定装置をＮＣ加工機の主軸部に取り付けた状態を示す側面図、（ｂ）走査光照射角調節機構を作用させた状態を示す側面図
【図２】 ワーク形状測定装置の構成及び走査光照射角調節機構を作用させた状態を示す詳細説明図、（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ矢視図
【図３】 本発明に係るワーク形状測定装置をＮＣ加工機の主軸部に取り付けた状態の全体構成を示す斜視図
【図４】 本発明に係るワーク形状測定装置を用いた形状測定システムの構成例を示すブロック図
【符号の説明】
０１ ＮＣ加工機の主軸部
０２ ＮＣ装置
１００ ＸＹ方向位置検出装置
２００ ワーク形状測定装置
２０１ ＸＹ方向位置決め調節機構
２０１ａ 摺動面
２０２ 走査光照射角調節機構
２０２ａ 円弧状ガイド面
２０３ 走査光照射・受光手段
３００ 外部制御装置
４００ ３Ｄ−ＣＡＤ（３次元ＣＡＤ）
Ｌｅ レーザ光
Ｗ ワーク

Claims (1)

1. ＮＣ加工機上で操作自在な非接触式のワーク形状測定装置を用いた形状測定システムであって、ワーク形状測定装置本体を前記ＮＣ加工機のＸＹ方向位置検出装置を有する主軸部の軸心上に係合して着脱可能に設け、且つＸ−Ｙ平面に平行に旋回位置決め調節可能なＸＹ方向位置決め調節機構と、前記軸心上の上方所定位置の仮想支点を中心に軸心を通り且つＸＹ平面に垂直な面内を円弧状ガイド面に沿って所望角度可傾回動自在の走査光照射角調節機構と、走査光を照射・受光してワークの変位量を測定可能な走査光照射・受光手段とから構成され、前記ワーク形状測定装置及び前記ＮＣ加工機のＸＹ方向位置検出装置の両者からの出力信号を受信して演算処理し、演算結果から得られたワークの形状に関する情報を認識すると共に、該情報を表示部に表示及び／または３Ｄ−ＣＡＤへ出力して各種情報の処理及び操作制御を可能とする外部制御装置を備えて成ることを特徴とするワーク形状測定装置を用いた形状測定システム。

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