JP5038481B2

JP5038481B2 - 多軸加工機の計測装置

Info

Publication number: JP5038481B2
Application number: JP2010281741A
Authority: JP
Inventors: 覺文郁; 劉建宏; 徐東暉; 許家銘
Original assignee: 國立虎尾科技大學
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: TWI378843B; JP2011137812A; EP2340914B1; TW201121700A; EP2340914A1

Description

本発明は、特に多軸加工機の動作を計測する計測装置に関するものである。

近年、多軸加工技術は、その技術の向上に伴い、工業界においてよく用いられるようになり、その多軸加工機は、従来の三直線軸の一次元加工機に複数の回転軸を加え、この回転軸を制御すれば加工の複雑性を向上させることができると共に、被加工物の精度を高めることができる。

既存の六軸加工機は、直線軸は３つ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）あると共に、回転軸（Ａ、Ｂ、Ｃ）は３つあり、その内、回転軸（Ａ）は直線軸（Ｘ）を回転し、回転軸（Ｂ）は直線軸（Ｙ）を回転し、回転軸（Ｃ）は直線軸（Ｚ）を回転するものである。また、既存の五軸加工機には、直線軸が３つあると共に、回転軸が２つあり、その内、該２つの回転軸及び該３つの直線軸がそれぞれ、主軸又は加工台に配置されることによって、様々なタイプや加工方法を行うことができる。

既存の五軸加工機を計測する設備は、３自由度の計測システムと、簡易な計測システムと、加工機検証システムとを有し、その内、該３自由度の計測システムは、仰角の角度を調整することができ、該簡易な計測システムは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を計測して回転軸の経路を分析することができ、該加工機検証システムは、レーザー検証又はソフトウェア補正を介して、移動双軸向角度や双軸向直度などの５つの自由度を計測することができる。

また、文献１に示した「多軸加工機の計測誤差のシステム及び方法」は、レーザー光束を介して多軸加工機の誤差を計測するものである。

台湾特許公開第２００９４０２４４号公報

しかしながら、従来の多軸加工機の計測設備は、加工機の各軸を計測すると共に、校正することもできるが、計測に必要な設備が多く複雑であることから、設備の装着や組み合わせるが非常に複雑であり、計測時間やコストが増加してしまうといった問題があった。

本発明に係る多軸加工機の計測装置は、感知部材と、レンズ部材と、信号処理部材とを有し、該感知部材は、結合座と、第一感知部と、第二感知部とを有し、その内、該結合座は、底板と、該底板の一面に凸設される複数の結合板とを備え、該第一感知部は、該結合座に設置され、該１つの結合板に設置される第一光源と、該第一光源と相対する他の結合板に設置されると共に、該第一光源に面する第一センサとを備え、該第二感知部は、該結合座に設置され、該第一感知部と交差して互いに垂直する空間関係を有し、該第一感知部が設置された結合板以外のもう１つの結合板に設置される第二光源と、該第一感知部が設置された結合板以外の他の結合板に設置されると共に、該第二光源と面する第二センサとを備えるものである。

前記レンズ部材は、球形レンズを有し、該球形レンズを介して該第一感知部の第一光源から放射される光束の照準を第一センサに合わせると共に、該球形レンズを介して第二感知部の第二光源から放射される光束の照準を第二センサに合わせるものであり、
前記信号処理部材は、前記第一センサ及び第二センサに接続されると共に、該第一センサ及び第二センサから受信した信号の運算と分析を行うプログラムを含むものである。

また、前記結合座は、前記結合板と反対する底板の面における中央に形成されると共に、多軸加工機の主軸を装着させるための結合棒を有し、
前記レンズ部材は、上部が前記第一光源と、前記第二光源と、前記第一センサと、前記第二センサとの間に位置するように、前記結合座１１の下部中央に向かって延出すると共に、底部が前記多軸加工機の加工台に設置される支持棒を有し、
前記球形レンズは、前記支持棒の上部に固設される。

さらに、前記第一感知部は、第一光源と第一センサとの間に設置される、該第一光源が放射する光束の照準を第一センサに合わせるための少なくとも１つのレンズを有し、
前記第二感知部は、第二光源と第二センサとの間に設置される、該第二光源が放射する光束の照準を第二センサに合わせるための少なくとも１つのレンズを有してもよい。

本発明に係る多軸加工機の計測装置は、感知部材及びレンズ部材がそれぞれ、多軸加工機の主軸及び加工台に設置されるので、光学原理を利用して多軸加工機５０の誤差を得ることができると共に、多軸加工機５０に容易に装着できるようにし、計測のコストを低減させることができる。

本発明に係る多軸加工機の計測装置の斜面図である。本発明に係る多軸加工機の計測装置が多軸加工機に装着された状態を示す斜面図である。本発明に係る多軸加工機の計測装置が多軸加工機に装着された状態を示す部分拡大斜面図である。本発明に係る多軸加工機の計測装置における操作方法の流れ図である。本発明に係る多軸加工機の計測装置の他の実施例の斜面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の適切な実施の形態を詳細に説明する。

図１乃至図４に示すように、本発明に係る多軸加工機の計測装置は、感知部材１０と、レンズ部材２０と、信号処理部材３０とを有し、その内、該感知部材１０は、多軸加工機５０の主軸５１に設置され、結合座１１と、第一感知部１２と、第二感知部１３とを備えるものである。

前記結合座１１は、方形を呈し、底板１１１と、該底板１１１の一面に凸設される複数の結合板１１２と、該底板１１１における、結合板１１２が凸設される側と反対する側面の中央部に形成されると共に、該多軸加工機５０の主軸５１を装着させるための結合棒１１３とを備えるものである。

前記第一感知部１２は、前記結合座１１に設置され、前記１つの結合板１１２に設置される第一光源１２１と、該第一光源１２１と相対する他の結合板１１２に設置されると共に、該第一光源１２１に面する第一センサ１２２とを備えるものであり、且つ、該第一センサ１２２は、該第一光源１２１から放射される光束の方向に垂直する受信面１２３を有する。

前記第二感知部１３は、前記結合座１１に設置され、前記第一感知部１２と交差して互いに垂直する空間関係を有し、該結合座１１における、第一感知部１２が設置されていない１つの結合板１１２に設置される第二光源１３１と、該結合座１１における、第一感知部１２が設置されていない他の結合板１１２に設置されると共に、該第二光源１３１と面する第二センサ１３２とを備えるものであり、該第二センサ１３２は、該第二光源１３１から放射される光束の方向に垂直する受信面１３３を有する。なお、前記第二感知部１３と第一感知部１２との空間関係は、第二感知部１３における第二光源１３１から第二センサ１３２までの光束の方向が、第一感知部１２における第一光源１２１から第一センサ１２２までの光束の方向と交差して互いに垂直するという関係である。

前記光源１２１、１３１は、絶対距離を計測できれば、直線状光源、集光源、可視光、或いは不可視光であってもよい。さらに、図５に示すように、感知部１２、１３は、光源１２１、１３１とセンサ１２２、１３２との間にそれぞれ設置されるレンズ１２４、１３４を有し、それらレンズ１２４、１３４を介して光束を修正してセンサ１２２、１３２に照射される直線状光源に修正される。尚、前記各センサ１２２、１３２は、光電式感知器であることが好ましい。

前記レンズ部材２０は、前記多軸加工機５０の加工台５２に設置され、支持棒２１と、球形レンズ２２とを備え、その内、該支持棒２１は、外多軸加工機５０の加工台５２に固定されると共に、上部が前記結合座１１へ伸びて光源１２１、１３１とセンサ１２２、１３２との間に位置するものであり、該球形レンズ２２は、該支持棒２１の上部に形成される。尚、この構成によれば、前記感知部１２、１３の光源１２１、１３１から放射される光束は、該球形レンズ２２を介して、それぞれ対応するセンサ１２２、１３２に照準される。更に前記レンズ部材２０における支持棒２１の底部に、前記加工台５２と接合する磁石２３が設置されることにより、該支持棒２１は安定して加工台５２に設置される。

前記信号処理部材３０はそれぞれ、前記感知部１２、１３に電気接続されると共に、有線伝送、或いは無線伝送の手段によって、前記センサ１２２、１３２からの信号を受信し、さらに、データの運算や分析などのを行うプログラム３１を有する。

図２及び図３に示すように、本発明に係る多軸加工機の計測装置を使用する時は、先ず結合座１１の結合棒１１３を多軸加工機５０の主軸５１に結合させると共に、レンズ部材２０の球形レンズ２２を結合座１１の各結合板１１２との間に位置するように、支持棒２１を多軸加工機５０の加工台５２に設置させ、その後、光源１２１、１３１からの光束を、球形レンズ２２を通してそれぞれ対応するセンサ１２２、１３２に照射し、加工機のＸ軸及びＹ軸を移動させて調整を行う。この方法によれば、前記センサ１２２、１３２が光の照射された位置を感知して感知信号を発生させ、その感知信号を信号処理部材３０に伝送してプログラム３１に処理することにより、感知信号を運算することができる。

図２に示すように、第一感知部１２の感知信号においては、２つの互いに垂直する軸（Ｙ軸及びＺ軸）の変位量を計測すると共に、第二感知部１３の感知信号においては、２つの互いに垂直する軸（Ｘ軸及びＺ軸）の変位量を計測し、さらに、球形レンズ２２の球心位置を計算してから分析を行い、多軸加工機５０の運転状態又は停止状態の誤差を得る。

その内、第一光源１２１の光束方向は、多軸加工機５０のＸ軸方向と平行することから、第一センサ１２２は、Ｙ軸（ＰＳＤ_1Y）方向及びＺ軸（ＰＳＤ_1Z）方向の信号を得ると共に、第二光源１３１の光束方向は、多軸加工機５０のＹ軸方向と平行することから、第二センサー１３２は、Ｘ軸（ＰＳＤ_2X）方向及びＺ軸（ＰＳＤ_2Z）方向の信号を得ることができるので、続いて、下記の公式によって計算を行えば、球心の変移量を得ることができる。
球心のＸ軸方向の変移量：ΔＸ＝ＰＳＤ_2X
球心のＹ軸方向の変移量：ΔＹ＝ＰＳＤ_1Y
球心のＺ軸方向の変移量：ΔＺ＝（ＰＳＤ_1Z+ＰＳＤ_2Z）/２

さらに、本発明に係る多軸加工機の計測装置を使用する操作方法には２つがあり、その１つは、感知部材１０を被測軸と平行するように、動かないように固定させると共に、光源１２１、１３１からの光束を、移動している球形レンズ２２を介してそれぞれセンサ１２２、１３２に射入させ、該被測軸以外の互いに垂直する２つの軸の変移量を計測する方法である。

もう１つは、球形レンズ２２を動かないように固定させ、感知部材１０を被測軸と平行するように移動させ、センサ１２２、１３２にそれぞれ球形レンズ２２からの光束を受信させて、該被測軸以外の互いに垂直する２つの軸の変移量を計測する方法である。この方法によれば、、球形レンズ２２の球心位置を計算して分析することにより、加工機の動態又は静態の誤差を得ることができる。

また、本発明に係る多軸加工機の計測装置の装着には２つの装着状態を有し、その１つは、感知部材１０が多軸加工機５０の主軸５１に設置されると共に、レンズ部材２０が多軸加工機５０の加工台５２に設置される状態であるが、もう１つは、レンズ部材２０が多軸加工機５０の主軸５１に設置されると共に、感知部材１０が多軸加工機５０の加工台５２に設置される状態である。

本発明に係る多軸加工機の計測装置においては、感知部材１０及びレンズ部材２０がそれぞれ、多軸加工機５０の主軸５１及び加工台５２に設置されることから、光源を介して原料の取り離し機構の設置位置または角度の誤差を計測することによって、センサ１２２、１３２がその連続光束の変移による光束とセンサ１２２、１３２との相対変移を感知し、球形レンズ２２の球心位置を計算して分析して多軸加工機５０の誤差を得る。

本発明に係る多軸加工機の計測装置は上記の構成を有し、感知部材及びレンズ部材がそれぞれ多軸加工機の主軸及び加工台に設置されることにより、光学原理を利用して多軸加工機の誤差を得るので、多軸加工機への装着は簡単であると共に、計測コストを低減させることができる。

１０・・・・・・感知部材
１１・結合座
１１１・・・・・底板
１１２・・・・・結合板
１１３・・・・・結合棒
１２・・・・・・第一感知部
１２１・・・・・第一光源
１２２・・・・・第一センサ
１２３・・・・・受信面
１２４・・・・・レンズ
１３・・・・・・第二感知部
１３１・・・・・第二光源
１３２・・・・・第二センサ
１３３・・・・・受信面
１３４・・・・・レンズ
２０・・・・・・レンズ部材
２１・・・・・・支持棒
２２・・・・・・球形レンズ
２３・・・・・・磁石
３０・・・・・・信号処理部材
３１・・・・・・プログラム
５０・・・・・・多軸加工機
５１・・・・・・主軸
５２・・・・・・加工台

Claims

感知部材と、レンズ部材と、信号処理部材とを有し、
該感知部材は、結合座と、第一感知部と、第二感知部とを有し、その内、該結合座は、底板と、該底板の一面に凸設される複数の結合板とを備え、該第一感知部は、該結合座に設置され、１つの結合板に設置される第一光源と、該第一光源と相対する他の結合板に設置されると共に、該第一光源に面する第一センサとを備え、該第二感知部は、該結合座に設置され、該第一感知部と交差して互いに垂直するような空間関係を有し、該第一感知部が設置された結合板以外のもう１つの結合板に設置される第二光源と、該第一感知部が設置された結合板以外の他の結合板に設置されると共に、該第二光源と面する第二センサとを備えるものであり、
前記レンズ部材は、前記第一感知部の第一光源から放射される光束の照準を第一センサに合わせると共に、前記第二感知部の第二光源から放射される光束の照準を第二センサに合わせる球形レンズ２２を有し、
前記信号処理部材は、前記第一センサ及び第二センサに接続されると共に、該第一センサ及び第二センサから受信した信号の運算と分析を行うプログラムを含むことを特徴とする多軸加工機の計測装置。
前記結合座は、前記結合板と反対する底板の面における中央に形成されると共に、多軸加工機の主軸を装着させるための結合棒を有し、
前記レンズ部材は、上部が前記第一光源と、前記第二光源と、前記第一センサと、前記第二センサとの間に位置するように、前記結合座の下部中央に向かって延出すると共に、底部が前記多軸加工機の加工台に設置される支持棒を有し、
前記球形レンズは、前記支持棒の上部に固設されることを特徴とする請求項１に記載の多軸加工機の計測装置。
前記第一感知部は、第一光源と第一センサとの間に設置される、該第一光源が放射する光束の照準を第一センサに合わせるための少なくとも１つのレンズを有し、
前記第二感知部は、第二光源と第二センサとの間に設置される、該第二光源が放射する光束の照準を第二センサに合わせるための少なくとも１つのレンズを有することを特徴とする請求項２に記載の多軸加工機の計測装置。