JP3939805B2 - Ｎｃ工作機械用ワーク測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ工作機械用のワーク測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ工作機械の主軸に装着したタッチセンサーにより、テーブル上に固定したワークの測定をする従来のＮＣ工作機械用ワーク測定方法として、特開平４−１７１１６１号に開示されたものがある。この方法は、工作機械の主軸にタッチセンサーを装着し、主軸台を適宜移動させてセンサー本体に設けた測定子の先端がテーブル上のワークに当接したことを検出するようにした基準穴位置測定方法である。図面によってこの基準穴位置測定方法を説明する。図３はこの方法によるワークに対するタッチセンサーの相対移動を示す説明図である。
【０００３】
主軸台を相対移動して、テーブル上のワークｗに形成された基準穴ｗａ内に測定子先端を位置させたときの中心軸心を基準穴ｗａの仮中心Ｑとする。このとき、仮中心Ｑより寸法δだけ変位したａ点に測定子の先端があるとする。この状態からＸ軸方向に相対移動（１）させて内周面ｗｃに当接させて、被測定箇所Ｘ1 を検出させ検出信号を制御装置へ送信する。次に主軸を仮中心Ｑに戻し、主軸を１８０度回転させ、測定子の先端をｂ点に位置させる。続いてＸ軸に沿って被測定箇所Ｘ1 と反対方向へ測定子の先端を移動（２）させて、内周面ｗｃに当接させて被測定箇所Ｘ2 を検出し制御装置へ送信する。制御装置において、Ｘ軸方向の中心位置が演算式（Ｘ1 −Ｘ2 ）／２によって求められ、この際変位寸法δはタッチセンサーを１８０度回転することで補正される。
【０００４】
続いて主軸を仮中心Ｑに戻し、９０度回転して測定子の先端をｃ点に位置させ、Ｙ軸に沿って測定子の先端を移動（３）させて、被測定箇所Ｙ1 を検出し制御装置へ送信する。次に測定子を仮中心Ｑに戻して１８０度回転させ、測定子の先端をｄ点に位置させる。次にＹ軸に沿って被測定箇所Ｙ1 と反対方向に測定子の先端を移動（４）させて被測定箇所Ｙ2 を検出し制御装置へ送信する。制御装置において、Ｙ軸方向の中心位置を演算式（Ｙ1 −Ｙ2 ）／２によって求め、前記Ｘ軸方向の中心位置と共に基準穴ｗａの真の中心Ｐを決定する。
【０００５】
上記方法において、測定子を１８０度回転させるのは、それにより変位寸法δを補正するためであり、主軸の中心軸心と測定子の先端との間に変位δが生じても基準穴の中心位置を高精度で測定できるという方法である。
【０００６】
ここで用いられるような従来のタッチセンサーは、例えばセンサー本体内部に３つの固定接点をもち、これらの接点に対して測定子の後端である球形の接触子を所定の付勢力で押圧することにより、センサーの取付軸心と測定子先端とを一致させる機構があり、この測定子先端がワークに当接して測定圧が前記付勢力を越えたときに、測定子軸が傾動を起こして前記接点のどれかが離れることによって、傾動検出スイッチが働く仕組になっている。
【０００７】
図４は、基準穴とは異なる複雑形状のワークを測定する場合のタッチセンサーの相対移動を示す説明図である。図４を用いて複雑形状のワークを測定する場合の従来の測定方法について説明する。
【０００８】
図４において、Ｗ1 は例えば歯形穴Ｗh が形成された複雑形状のワークである。Ｗc は歯形穴Ｗh の内周面である。半径ｒの球体であるタッチセンサーの先端Ｓは主軸の回転方向の０点（基準位置）に対して角度α1 方向に、軸心からはεだけ変位しているとする。Ｐ1 、Ｐ2 は先端Ｓが内周面Ｗc に当接したときの当接点であり、ｈ1 、ｈ2 はそれぞれ当接点Ｐ1 、Ｐ2 における測定子先端Ｓの中心に向かう法線である。β1 は先端Ｓの中心において主軸中心方向と法線ｈ1 の成す角度であり、γは法線ｈ1 と法線ｈ2 とが成す角度である。
【０００９】
加工済みのワーク形状を図面形状（基準値）と比較するために、歯形穴Ｗh の所定の箇所の測定を行なうのだが、この場合にはまず、主軸の回転を固定したままでタッチセンサーの先端Ｓを歯形穴Ｗh 内に移動し、更にワーク平面方向に相対移動させて歯形穴Ｗh の内周面Ｗc に当接させ、所望の測定箇所である当接点Ｐ1 の座標（Ｘ1 ，Ｙ1 ）を主軸の軸心ｐ1の座標として制御装置に読み取ることになる。この場合、当接点Ｐ1 の座標（Ｘ1 ，Ｙ1 ）は主軸軸心ｐ1 の座標（ｘ1 ，ｙ1 ）にα1，β1，ε，ｒの関数である所定の補正値を加算したものに相当する。
【００１０】
次の任意の当接点Ｐ2 についても同様に座標を読み取るのだが、その際に主軸の回転方向を固定したままで測定した場合には、主軸は軸心ｐ1’ に平行移動したことになるので、その座標 （ｘ1’,ｙ1’）に当接点Ｐ1 における前記補正値と同じ補正値を加算したとすると、それは当接点Ｐ1 の平行移動した点Ｐ1’ の座標（Ｘ1’,Ｙ1’）となる。したがって、当接点Ｐ2 の座標（Ｘ2,Ｙ2 ）を主軸座標で読み取るためには、主軸をさらに法線ｈ1 と法線ｈ2 との間の角度γだけ回転させた時の軸心ｐ2 の座標（ｘ2 ,ｙ2）を読み取る必要がある。さらに、Ｐ2 の座標（Ｘ2 ,Ｙ2）を求めるには、ｐ2 の座標（ｘ2 ,ｙ2）に対してα2，β2，ε，ｒに基づく新たな補正値が必要になる。このようにして測定面の傾斜に応じてその都度主軸の角度を制御し、その都度予め補正値を設定することで、測定点の座標が求められる。そしてこの方法によれば、測定子Ｓ上のワークとの当接箇所は常に一定にすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複雑形状のワークを測定するような場合には、測定子の先端が当接する測定面が任意の角度をもつことになるため、測定面の傾斜に合わせて測定子を装着した主軸の回転方向をその都度変更する必要があり、当接面の傾斜が異なる毎に補正値を設定しておく必要が生じる。そのための作業は極めて煩雑で時間を要するために、測定時間が長くなってしまうという問題がある。
【００１２】
また、タッチセンサーを働かせるには、前記付勢力に坑する測定圧が必要であるから、微細複雑形状のワークを測定する場合に用いられる微小（例えば先端半径０．２５ｍｍ）な測定端子を装着すると、タッチセンサーが働く前に測定端子が折損してしまう。したがって測定子軸径や先端の大きさを小さくすることができないので微細な形状（例えば半径０．３ｍｍの凹凸部）を測定できないという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、以上の問題点を解決して、微細複雑形状のワークを短時間で高精度に測定するのに好適なＮＣ工作機械用ワーク測定方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ＮＣ工作機械の主軸に装着し測定子先端を備えたタッチセンサーを有し、該タッチセンサーにより、テーブル上に固定したワークの座標を測定するＮＣ工作機械用ワーク測定方法において、前記タッチセンサーは、前記主軸とテーブルとの間に電位差が設定された状態で、前記測定子先端が前記ワークに接触した時の電気的接触を検出する電気導通式タッチセンサーであり、前記主軸を回転または非回転状態で前記タッチセンサーの測定子先端を前記ワークへ近づけ、導通が取れたら導通が取れない位置まで後退させた後、前記タッチセンサーを回転させながら前記ワーク側へ微小間隔でステップ移動させ、その後ステップ毎に前記タッチセンサーを１回転以上回転させるに十分な時間停止させて、前記測定子先端と前記ワークとの接触によりタッチ信号が検出されたらその時の前記主軸の座標を読み取ることを特徴としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の実施の形態であるＮＣ工作機械用ワーク測定方法を説明するためのタッチセンサーの動作を示す斜視図である。図２は、タッチセンサーの相対移動を示す平面図である。これらの図の中で測定子の主軸中心に対するずれは極端に表現してある。
【００１７】
図１において、３はＮＣ制御装置付きの工作機械であるマシニングセンターのテーブル、７はマシニングセンターの主軸である。８は電気導通式のタッチセンサーであり、このタッチセンサーは主軸７に装着されて主軸７と共に回転する。９はタッチセンサーに組み込まれた測定子で半径ｒの球状の先端９ａをもっている。１１はテーブル３上に固定された金属の加工物であり被測定物でもあるワークである。そして、ＮＣ工作機械の主軸７とテーブル３との間には電位差が設定してあり、主軸からタッチセンサー８の先端９ａまで電気導通しており、先端９ａがワークに接触すると測定子９の傾動を待たずに電気的に接触を検出し、図示しないＮＣ制御装置がそのときの主軸の座標を読み取るようになっている。
【００１８】
［１］測定の準備工程
（１）まず、測定子先端９ａ及びワーク１１の測定面を含め、周辺の汚れ、油、切り粉等の異物を取り除き、きれいに清掃する。
（２）測定子の振れをできるだけ調整して０に近付けておく。調整しきれない振れ量ρを測定して補正値としてＮＣ制御装置に記憶させる。
（３）ＮＣ制御装置の指令により、主軸７を移動させてタッチセンサー８の測定子９の先端９ａをワーク１１の測定位置の側方に配置する。
【００１９】
［２］測定
（１）主軸７を回転あるいは非回転状態でタッチセンサー８の先端９ａをワーク１１に近づけて行き、導通が取れたところで一定量後退させ導通しない位置まで移動させる。
測定時のタッチセンサー８の回転速度は一定であり、方向は加工時と同方向あるいは逆方向でもよい。ここで、ワーク１１に対する接近速度は主軸７の回転速度に依存するが、振れ量ρをできるだけ０にすることにより、接近速度を上げることができる。
（２）次にタッチセンサー８を回転させたまま、ワーク１１に向けて、マシニングセン
ターの最小分解能の間隔で１ステップ移動させた後、タッチセンサー８を１回転以上させるに十分な時間、停止させ、その時のタッチ信号の有無を確認し、信号が無い場合にはさらにワーク１１に近づくように１ステップ移動させる。
（３）（２）の動作を繰り返しタッチ信号が検出されたら、その時点における主軸７の座標をＮＣ制御装置に記憶する。
【００２０】
図２に示すように、この方法で図４のものと同様のワーク１１を測定した場合には、主軸７の軸心ｐ（ｐ1,ｐ2 ）は常に先端９ａのワーク１１に対する当接点Ｐ（Ｐ1,Ｐ2 ）の法線ｈ（ｈ1,ｈ2 ）上にある。つまり、先端９ａの見掛け上の半径が振れ量ρの分だけ大きくなり、かつ主軸７の軸心ｐに対する振れが無くなった状態に相当する。すなわち、ワーク１１に当接する測定子先端９ａは常に同一箇所で測定することとなり、測定子９の測定方向による感度差や先端９ａのいびつによる誤差分も排除できることになる。
【００２１】
したがって、この測定方法によると振れの全く無い測定子で測定することと同等になり、常に測定子の同一面で測定することになるので、測定の際に測定面の傾斜毎に、主軸の角度制御をしたり補正値を持つ必要がなく、高精度な測定が短時間でできる。
【００２２】
また、タッチセンサーの検出を電気導通により行っているので、測定子に大きな測定圧をかける必要がなく、微小な先端（例えば半径０．２５ｍｍ）の測定子を採用することができる。したがってそれだけ微細複雑なワークの測定ができることになる。
【００２３】
上記ワーク測定方法では、マシニングセンターの最小分解能（例えば１μｍ）の間隔のステップ移動により測定を行なうので、ワーク形状を高精度に測定することができる。
【００２４】
なお、従来の測定法に電気導通方式のタッチセンサーを用いても、測定子先端面やワークの測定面に加工油等の油膜や切り粉等が付着していた場合には電気導通が起きにくく、測定値のサンプリング数も１測定当たり１回であるため、測定誤差を生じ易い。しかしながら、本発明の方法ではタッチセンサーを回転させながらワークに近接させ、また測定回数を複数回にすることもできるため、ワーク表面の異物等を排除し、その影響を受けずに精度良く測定できる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、準備工程における最小分解能の間隔での主軸移動は必要に応じて省略してもよい。また、このような主軸移動のかわりに、初め一定速度Ｆ1 で移動させ、タッチ信号が検出されたら移動方向を反転させてＦ1 より遅い速度Ｆ2 でタッチ信号が出なくなるまで移動させ、タッチ信号が出なくなった時点で移動方向を最初に戻し、速度Ｆ2 より更に遅い速度Ｆ3 でタッチ信号が検出されるまで移動するという相対移動など種々のものが考えられる。
【００２６】
【発明の効果】
上記の如く本発明によれば、ＮＣ工作機械の主軸に装着したタッチセンサーをテーブル上のワークに当接させて前記主軸の座標を読み取る際に、前記タッチセンサーを回転させながら行なうようにしたので、任意の角度の面を測定する場合でも測定子の振れ量の補正をする必要がなく、高精度な測定が迅速に行なえる。
【００２７】
また、前記タッチセンサーは電気導通式タッチセンサーとしたので、測定圧を微小にすることができ、微小な先端の測定子を使用できるので、それだけ微細なワーク形状を測定できることになった。また、タッチセンサーを回転させながらタッチ信号を得るので測定面の汚れの影響を受けずに高精度な測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である測定方法を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明する平面図である。
【図３】従来の基準穴の測定方法を示す説明図である。
【図４】従来の複雑形状のワークを測定する方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
３ テーブル
７ 主軸
８ タッチセンサー
９ 測定子
９ａ 先端
１１ ワーク

Claims (1)

1. ＮＣ工作機械の主軸に装着し測定子先端を備えたタッチセンサーを有し、該タッチセンサーにより、テーブル上に固定したワークの座標を測定するＮＣ工作機械用ワーク測定方法において、前記タッチセンサーは、前記主軸とテーブルとの間に電位差が設定された状態で、前記測定子先端が前記ワークに接触した時の電気的接触を検出する電気導通式タッチセンサーであり、前記主軸を回転または非回転状態で前記タッチセンサーの測定子先端を前記ワークへ近づけ、導通が取れたら導通が取れない位置まで後退させた後、前記タッチセンサーを回転させながら前記ワーク側へ微小間隔でステップ移動させ、その後ステップ毎に前記タッチセンサーを１回転以上回転させるに十分な時間停止させて、前記測定子先端と前記ワークとの接触によりタッチ信号が検出されたらその時の前記主軸の座標を読み取ることを特徴とするＮＣ工作機械用ワーク測定方法。

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