JP5217137B2 - タッチプローブ測定方法および測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチプローブを用いて断面円形のワークの中心位置を測定するタッチプローブ測定方法および測定装置に関する。

マシニングセンタを用いてワークを加工する際に、ワークの中心位置を測定するために、例えば下記特許文献１に記載されているようなタッチプローブを使用している。
特開平２−６４４０４号公報

ところで、上記したタッチプローブによるワーク中心位置の測定時には、ワークとの間に切粉などの異物が噛み込むことで、誤測定してしまうことがある。このような異物噛み込みによる誤測定の検出については、測定したワーク中心位置の座標値と、あらかじめ設定されている実際のワーク中心位置の座標値とを比較する、座標値比較判定で行っている。

ところが、座標値比較判定では、温度変化による機械の熱変位も測定値に含まれてしまうため、実際に異物噛み込みが発生していない状況でも、ワーク中心位置の座標値ずれが発生して異物噛み込みと判定し、設備停止を招くものとなって、設備稼働率が低下し生産コストの低下を招いている。

そこで、本発明は、機械の熱変位を異物噛み込みと誤判定することを防止することを目的としている。

本発明は、治具に保持させた断面円形のワーク外周面の円周方向３点にタッチプローブを接触させて、これら３点の座標位置を測定し、この３点の測定位置に基づいて前記ワークの中心位置を算出し、この算出した中心位置が、あらかじめ設定してある実際の中心位置に対して許容値以内のずれに収まっているかどうかを判定し、収まっている場合に、前記算出した中心位置と外周の測定位置との間の寸法により前記ワークの直径を算出し、この算出した直径値により、前記タッチプローブと前記ワークとの間の異物噛み込みを検出することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、ワーク外周面の円周方向３点に接触させて算出した中心位置に基づいて、ワークの直径を算出し、この直径値に基づき異物噛み込みを判定するようにしたため、機械の熱変位が発生した状態を、異物噛み込みと誤判定することを防止でき、機械の熱変位による不要な設備停止を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示すタッチプローブ測定装置を備えるマシニングセンタの正面図、図２は同平面図である。ベッド１上のコラム３は、ガイドレール５に沿って図１，２中で左右方向に移動可能であり、このコラム３に対向してベッド１上のサドル７には治具９を設置している。

治具９には、ワークＷを保持させる一方、コラム３に設けた主軸１１には、タッチプローブ１３を装着している。このタッチプローブ１３により、後述するようにワークＷの中心位置座標を測定するが、測定後は、適宜機外へ退避させ、図示しない工具を主軸１１に取り付けてワークＷに対する加工を実施する。

なお、ここでのワークＷは、例えば自動車などの車両の駆動機構に用いるデファレンシャル装置のデフケースであり、デフケースに対して上記のマシニングセンタにより穴あけ加工を行う。

次に、タッチプローブ１３によるワークＷに対する測定方法について説明する。図３は、ワークＷであるデフケースの斜視図であり、このデフケースにおける断面円形の軸部Ｗａの外周面の円周方向３点Ａ，Ｂ，Ｃに、タッチプローブ１３を順次接触させて測定を行う。

図４（ａ）は、上記の３点Ａ，Ｂ，Ｃへのタッチプローブ１３の接触状態を、切粉などの異物の噛み込みのない正常な状態での軸部Ｗａの軸方向から見た断面図であり、この３点の位置座標を測定することで、軸部Ｗａの中心位置座標Ｏを算出する。

一方図４（ｂ）は、切粉などの異物Ｋの噛み込みが、例えばＢ点で発生している状態での軸部Ｗａの軸方向から見た断面図である。この場合には、タッチプローブ１３で測定した軸部Ｗａの中心位置座標Ｐは、実際の中心位置座標Ｏに対してずれた位置となる。

現状では、上記図４（ｂ）のように、タッチプローブ１３で測定した軸部Ｗａの中心位置座標Ｐが、実際の中心位置座標Ｏに対してずれを生じている場合には、異物噛み込み異常が発生しているとして、設備を停止させている。

次に、図５を用いて、上記の３点Ａ，Ｂ，Ｃにタッチプローブ１３を接触させることによる軸部Ｗａの中心位置座標の算出方法を説明する。まず、タッチプローブ１３の接触により３点Ａ，Ｂ，Ｃの位置座標をそれぞれ測定し、ＡとＢとを結ぶ直線（線分）の中点Ｄ，ＢとＣとを結ぶ直線（線分）の中点Ｅ，ＣとＡとを結ぶ直線（線分）の中点Ｆを、それぞれ計算で求める。

続いて、上記の各中点Ｄ，Ｅ，Ｆを通るそれぞれの垂線、すなわち垂直２等分線（３本）をそれぞれ引き、これら各垂線の交点Ｇが中心位置座標となる。そして、Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか１点と、中心位置座標に対応するＧ点とを結ぶ直線（線分）の２倍の長さが軸部Ｗａの直径となる。

そして、この算出した直径寸法と、あらかじめ測定してある軸部Ｗａの実際の直径寸法とを比較することで、軸部Ｗａとタッチプローブ１３との間に異物が噛み込んでいるかどうかを判定する。すなわち、算出した直径寸法が、軸部Ｗａの実際の直径寸法に対して許容値以内の相違であれば、異物噛み込みが発生しておらず、逆に許容値を超える相違が見られる場合には、異物噛み込みと判定して、設備を停止させる。

ここで、本実施形態では、前記図１，２に示したマシニングセンタのベッド１が熱変位（熱変形）し、これに伴い治具９が、図２における矢印Ｈ１もしくはＨ２の方向に位置ずれしたり、あるいは図１における矢印Ｈ３のように傾くなどして、図６（ａ）のように軸部Ｗａ全体が矢印ｈで示すように位置ずれしたとしても、異物噛み込みが発生していない場合を考えると、測定した直径寸法としては、基本的には大きな変化はなく位置ずれしない場合と同等となる。このため、機械に熱変位が生じて軸部Ｗａ全体が位置ずれしても、この熱変位による位置ずれを異物噛み込みと誤判定することはなく、異物噛み込みを正確に判定することができる。

一方、現行法のように、異物噛み込みを、軸部Ｗａの中心位置座標の比較により判定する場合には、図６（ｂ）に示すように、異物噛み込みが発生していない状態であっても、温度変化により、タッチプローブ１３で測定した軸部Ｗａの中心位置座標Ｏが、温度変化前の中心位置座標Ｑに対してずれてしまい、この位置ずれ発生により、異物噛み込みと誤判定してしまう。

以上より、本実施形態では、軸部Ｗａの直径測定により異物噛み込み判定を行っているので、機械の熱変位によりワークの位置ずれがあっても、異物噛み込みが発生したと誤判定することはなく、このため異物噛み込みを正確に判定して、機械の熱変位による不要な設備停止を防止することができ、設備稼働率の低下およびこれに伴う生産コストの低下を防止することができる。

図７は、ワークＷにおける軸部Ｗａの中心位置座標計測からワークＷの加工に至るまでのフローチャートである。まず、軸部Ｗａの外周３点Ａ，Ｂ，Ｃの位置座標をそれぞれ測定した後（ステップ１０１）、軸部Ｗａの中心位置座標を演算する（ステップ１０３）。そして、一次判定として、この演算した中心位置座標が、あらかじめ設定してある実際の中心位置座標に対して許容値以内のずれに収まっているかどうかを判定し（ステップ１０５）、許容値以内のずれに収まっていない場合には、ワークＷ全体が、治具９に対して取り付け位置のずれが発生し、その後のワークＷに対する加工が精度よくできないとして、警報を出力し設備を停止させる（ステップ１０７）。

一方、上記ステップ１０５で、演算した中心位置座標が許容値以内のずれに収まっていると判定された場合には、軸部Ｗａの直径寸法を、前述した方法で演算する（ステップ１０９）。そして、二次判定として、この演算した直径寸法が、実際の直径寸法に対して許容値以内の相違であるかどうかを判定し（ステップ１１１）、許容値を超える相違が発生している場合には、タッチプローブ１３と軸部Ｗａとの間に切粉などの異物の噛み込みが発生しているとして、警報を出力し設備を停止させる（ステップ１０７）。異物噛み込みが発生している状態では、前記算出した中心位置座標が不正確なものとなり、その後のワークＷに対する加工を精度よくできなくなる。

一方、上記ステップ１１１で、算出した直径寸法が許容値以内の相違であると判定された場合には、この判定結果を加工座標系にフィードバックし（ステップ１１３）、前記図１，２のタッチプローブ１３を主軸１１から取り外して退避させた後、加工用の図示しない工具を主軸１１に取り付けて、ワークＷに対して加工を開始する（ステップ１１５）。

図８は、上記の動作を実行する際の必要となる制御系のブロック図で、タッチプローブ１３を軸部Ｗａの外周３点Ａ，Ｂ，Ｃに接触させることによってこれら３点の座標位置を測定して軸部Ｗａの中心位置座標を算出する中心位置算出手段１５と、この中心位置算出手段１５が算出した軸部Ｗａの中心位置座標に基づいて軸部Ｗａの直径を算出する直径算出手段１７と、この直径算出手段１７が算出した直径と、前記ワークＷの軸部Ｗａのあらかじめ測定してある実際の直径とを比較してタッチプローブ１３による異物噛み込み異常を検出する異常検出手段１９と、異常検出手段１９が異常を検出したときに、警報音などを出力する警報出力手段２１とを有する。

なお、上記の異常検出手段１９は、ワークＷの中心位置座標Ｏのずれに異常が発生した場合（前記図７のステップ１０５でＮＯ）にも警報を発する機能も含んでいる。

また、本実施形態では、ワークＷから別の他のワークＷ１を加工する際に治具９の交換を行う場合に、交換後の治具により保持した他のワークＷ１の軸部の中心位置座標を、ワークＷと同様にして測定している。

治具の交換を行うと、治具固有の寸法差により、保持したワークの中心位置座標が、図９のように、ワークＷの中心位置座標Ｏに対して他のワークＷ１の中心位置座標Ｏ１が、矢印Ｌで示すようにずれることがある。

そして、この治具交換の際に、上記のようにワークの中心位置座標にずれが生じた場合には、そのずれに応じて加工時での工具の移動軌跡を変更するよう加工プログラムを変更する。

本実施形態においては、ワークの中心位置座標に基づいて、ワークの加工を実施するよう加工プログラムを作成しており、その際、治具固有の寸法差によりワークの中心位置座標が微妙に変化しても、治具の交換毎に中心位置座標を測定しているので、高精度な加工が可能となる。

本発明の一実施形態を示すタッチプローブ測定装置を備えるマシニングセンタの正面図である。 図１のマシニングセンタの平面図である。 ワークであるデフケースの斜視図である。 （ａ）は、図３のワークの軸部外周３点へのタッチプローブの接触状態を、切粉などの異物の噛み込みのない正常な状態での軸部の軸方向から見た断面図、（ｂ）は、異物の噛み込みがある状態での同断面図である。 軸部の中心位置座標の算出方法を示す説明図である。 （ａ）は、機械の熱変位により軸部の中心位置座標が変化しても直径測定には影響のないことを示す本実施形態の説明図、（ｂ）は、現状の中心位置座標を比較する判定では、熱変位により中心位置座標が変化して異物噛み込みと誤判定してしまうことを示す説明図である。 ワークの軸部の中心位置計測からワークの加工に至るまでの動作を示すフローチャートである。 図７のフローチャートによる動作を実行する際の必要となる制御系のブロック図である。 機械に熱変位が生じることで、異なるワーク間で中心位置座標が変化する状態を示す説明図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
Ｏ ワークの中心位置座標
Ａ，Ｂ，Ｃ ワーク外周面の円周方向３点の測定位置
１３ タッチプローブ
１５ 座標位置測定手段
１７ 直径算出手段
１９ 異常出力手段

Claims (4)

1. 治具に保持させた断面円形のワーク外周面の円周方向３点にタッチプローブを接触させて、これら３点の座標位置を測定し、この３点の測定位置に基づいて前記ワークの中心位置を算出し、この算出した中心位置が、あらかじめ設定してある実際の中心位置に対して許容値以内のずれに収まっているかどうかを判定し、収まっている場合に、前記算出した中心位置と外周の測定位置との間の寸法により前記ワークの直径を算出し、この算出した直径値により、前記タッチプローブと前記ワークとの間の異物噛み込みを検出することを特徴とするタッチプローブ測定方法。
2. 前記ワークの中心位置は、前記円周方向３点を互いに結ぶ３本の直線に対するそれぞれの垂直２等分線相互の交点として算出することを特徴とする請求項１に記載のタッチプローブ測定方法。
3. 前記ワークとは別の断面円形の他のワークの中心位置を算出する際に、前記ワークの中心位置に対し前記他のワークの中心位置がずれている場合には、前記中心位置のずれに応じて前記他のワークに対する加工プログラムを変更して加工を実施することを特徴とする請求項１または２に記載のタッチプローブ測定方法。
4. 治具に保持させた断面円形のワーク外周面の円周方向３点に接触させるタッチプローブと、このタッチプローブを前記ワークの円周方向３点に接触させることでこれら３点の座標位置を測定して前記ワークの中心位置を算出する中心位置算出手段と、この中心位置算出手段が算出した前記ワークの中心位置が、あらかじめ設定してある実際の中心位置に対して許容値以内のずれに収まっているかどうかを判定し、収まっていると判定したときに、前記中心位置算出手段が算出した前記ワークの中心位置に基づいて該ワークの直径を算出する直径算出手段と、この直径算出手段が算出した直径と、前記ワークのあらかじめ測定してある実際の直径とを比較して、前記タッチプローブによる異物噛み込み異常を検出する異常検出手段とを有することを特徴とするタッチプローブ測定装置。

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