JP6419380B1 - 検査マスタ - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸測定の他に、回転軸又は／及び旋回軸方向の測定を加えた５軸測定可能な検査マスタを提供する。
【解決手段】 中空箱状であるマスタ本体の上面に上面基準部を備え、周面に周面基準部を備え、上面に向けて外側傾斜の斜め基準部を備えたものである。周面基準部が周面の周方向に数列あり、数列の周面基準部の列間に斜め基準部を設けた。斜め基準部に、当該斜め基準部の傾斜軸と同方向に傾斜する斜め孔を設けた。マスタ本体の上面中心部に５軸測定時に傾斜させるマスタ本体の傾斜角を求めることのできる基準球を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接触式３次元測定機の精度検査を行うことも、５軸加工機の精度測定を行うこともできる検査マスタに関する。

自動車用エンジン、変速機のケースといった機械部品類の加工には、３軸加工機や５軸加工機が使用されている。５軸加工機の一例は５軸マシニングセンターである。５軸は左右（Ｘ軸）、前後（Ｙ軸）、上下（Ｚ軸）の３軸に、回転軸（旋回軸）２軸を、又は回転軸と旋回軸を付加した計５軸である。

３軸加工された機械部品類の寸法測定には接触式３次元測定機が用いられている。接触式３次元測定機は球状のプローブ（接触子）を備えており、そのプローブを、測定テーブルの上にセットした被測定物に接触させて、被測定物の寸法や平滑度等の測定を行うことができる。

接触式３次元測定機は、測定精度を維持するために、高精度に仕上げられた検査マスタを用いて、定期的に測定精度の検査を行っている。本件出願人も先に検査マスタを提案している（特許文献１、２）。

検査マスタＡは、図７のように、中空筒状のマスタ本体Ｂの上面Ｃに、測定基準となる測定部（ブッシュ）Ｄ１が４個設けられ、周面ＥにブッシュＤ２が４列、各列２個ずつ設けられている。上面ＣのブッシュＤ１の中心には縦向きに開口する基準孔（縦孔）Ｆがあり、周面のブッシュＤ２の中心には横向きに開口する基準孔（横孔）Ｇがある。

接触式３次元測定機の一つに門型と呼ばれるものがある。それは、図８のように、Ｙ方向（前後方向）に往復スライド自在な門型可動フレームＨと、門型可動フレームＨに支持されてＸ方向（左右方向）に往復スライド自在なヘッド部Ｉと、ヘッド部Ｉに対してＺ方向（上下方向）に昇降自在に支持された昇降軸Ｊと、その先のプローブＫを有する。プローブＫの先端部は人造ルビーやセラミックス等の硬質で耐摩耗性のある素材で高精度の球状に形成されている。

図７の検査マスタを用いて、図８の門型の接触式３次元測定機の測定精度の検査や、測定誤差の校正に必要なデータ取りを行うときは、図８のように、門型の接触式３次元測定機の測定テーブルＬに取り付けられたホルダーＭに検査マスタＡをセットする。その検査マスタＡのブッシュＤ１、Ｄ２の内周面や測定基準面Ｎに接触式３次元測定機のプローブＫを接触させて、接触箇所の平滑度や、その他、接触式３次元測定機の評価に必要な各種事項について測定する。その測定値（実測値）を計量トレサビリティーの確認されている基準値と比較することにより実測値と基準値との誤差を調べたり、プローブＫが移動する各軸方向の真直度、軸間の直角度、各軸方向の誤差等を調べたりして、接触式３次元測定機自体の検査が行われている。

特開２００１−３１１６１８号公報 特開２００２−１９５８２０号公報

図７の検査マスタＡの上面ＣのブッシュＤ１の縦孔Ｆは上面Ｃに垂直に開口しており、周面Ｅの横孔Ｇは周面Ｅに水平に開口しているため、それら縦孔Ｆ、横孔ＧにプローブＫを差し込んで測定したり、ブッシュＤ１、Ｄ２の測定基準面Ｎに接触式３次元測定機のプローブＫを接触させて、測定基準面Ｎの平滑度を測定したりすることはできるが、斜め軸方向の測定はできなかった。また、近年は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸に回転或いは旋回の２軸を付加した５軸加工機が汎用されているが、５軸加工機の精度検査を行うのに適した検査マスタも存在しない。

本発明は５軸加工機の精度検査や点検を行うことも、接触式３次元測定機の精度検査や点検を行うこともできる検査マスタを提供することにある。

本発明の検査マスタは、中空箱状のマスタ本体の上面に上面基準部を備え、周面の周方向数箇所に周面基準部と斜め基準部を設けたものである。周面基準部は上面に対して垂直であり、斜め基準部は上面に対して外向き斜め向きである。上面基準部の中心部には縦方向に開口する縦基準孔が、周面基準部の中心部には横方向に開口する横基準孔があり、斜め基準部には斜め方向に開口する斜め基準孔がある。周面基準部は周面の周方向に数列設け、各列に所望数設けてある。斜め基準部は周面基準部の列間に設けてあり、各列に所望数設けてある。マスタ本体の上面の中心部に基準球を設けてある。

本発明の検査マスタは次の効果がある。
（１）これまでの検査マスタと同様に接触式３次元測定機のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸測定が可能であるため、接触式３次元測定機の測定精度の検査ができる。
（２）マスタ本体の周面に斜め基準部があるため、検査マスタをセットしたホルダーを回転又は／及び旋回させて、それら回転又は／及び旋回軸方向の測定(計５軸測定)も可能となる。このため、５軸加工機の５軸精度測定もできる。
（３）マスタ本体の上面の中心部に基準球があるため、その基準球を基準として、回転又は／及び旋回した検査マスタの回転傾斜角又は旋回傾斜角を確認でき、回転軸又は旋回軸方向の正確な測定もできる。

本発明の検査マスタの一例の斜視図。 図１の検査マスタの平面図。 図１の検査マスタの側面図。 （ａ）は図１の検査マスタのＩＶ−ＩＶ断面図、（ｂ）は（ａ）のＯ部であって周面取付け孔に鍔付ブッシュを差し込む前の説明図、（ｃ）は周面取付け孔に鍔付ブッシュを差し込んだ後の説明図。 図１の検査マスタのＶ−Ｖ断面図。 （ａ）は基準球の中心座標測定方法の斜視説明図、（ｂ）は同測定方法の側面説明図、（ｃ）は同測定方法の平面説明図。 従来の検査マスタの説明図。 図７の検査マスタを使用して、門型の接触式３次元測定機の測定をする場合の説明図。

（実施形態１）
［検査マスタ］
本発明の検査マスタの一例を図１〜図５に示す。この検査マスタ１は、マスタ本体２の上面３の周方向４箇所に上面基準部４を備え、マスタ本体２の側面（周面）５の周方向４箇所に周面基準部６を４列備え、それら４列の周面基準部６の間に斜め基準部７を４列備えたものである。各列の周面基準部６も、斜め基準部７も２個ずつ設けてある。

［マスタ本体］
マスタ本体２は図１のように、上面３と側面（周面）５を備え、底面が開口され、内部が空洞である中空筒状（中空箱形）である。上面３には上面取付け孔８（図４（ａ））が縦向きに、周面５には周面取付け孔９（図４（ａ）（ｂ））が横向きに、斜め取付け孔１０（図５）が斜め外側上向きに開口されている。マスタ本体２は熱膨張が小さく、寸法安定性に優れた素材製が適する。例えば、セラミックス、石英、水晶、低熱膨張鋳鉄、ＳＫ鋼、その他の素材が適する。それら素材の単一の塊（ブロック）から削り出しで作ることも、それら素材製の板材を貼り合わせて作ることもできる。

［上面基準部］
マスタ本体２の上面３の４個の上面基準部４は同じ形状であり、マスタ本体２の上面３の中心に対して９０度間隔で配置固定されている。各上面基準部４はマスタ本体２の上面取付け孔８に鍔付ブッシュ１１(図４（ａ）)を差し込んで固定してあり、鍔付ブッシュ１１の孔を縦基準孔１２とし、鍔付ブッシュ１１の鍔の表面を上測定基準面１３としてある。縦基準孔１２はマスタ本体２の中心軸線Ｗ−Ｗ（図４（ａ））と平行に開口している。縦基準孔１２の内周面も上測定基準面１３の表面も平滑に仕上げられている。上面基準部４の個数、間隔は任意に設計することができる。

［周面基準部］
マスタ本体２の周面５の４列、各列２個の周面基準部６は同じ形状であり、マスタ本体２の周面取付け孔９内に鍔付ブッシュ１４（図４（ａ）〜（ｃ））を差し込んで固定し、鍔付ブッシュ１４の孔を横基準孔１５とし、鍔付ブッシュ１４の鍔の表面を横測定基準面１６としてある。横基準孔１５はマスタ本体２の中心軸線Ｗ−Ｗ（図４（ａ））と直交する方向（真横方向）に開口している。横基準孔１５の内周面も、横測定基準面１６の表面も平滑に仕上げられている。各列の周面基準部６は４列、各列２個ずつ間隔をあけて設けてある（図２、図３）が、周面基準部６の列数、各列の個数、各列間の間隔は任意に設計することができる。

［斜め基準部］
マスタ本体２の周面５には、４列、各列２個の斜め基準部７（図５）があり、それら斜め基準部７は同じ形状であり、マスタ本体２の斜め取付け孔１０内に鍔付ブッシュ１７（図５）を差し込んで固定し、鍔付ブッシュ１７の孔を斜め基準孔１８とし、鍔付ブッシュ１７の鍔の表面を斜め測定基準面１９としてある。斜め基準孔１８はマスタ本体２の中心軸線Ｗ−Ｗ（図５）と斜め４５度に交差する方向(斜め上向）に開口している。斜め基準孔１８の内周面も斜め測定基準面１９の表面も平滑に仕上げられている。各列の斜め基準部７は４列、各列２個ずつ設けてある（図２、図３）が、列数、各列の個数、各列間の間隔は任意に設計することができる。斜め基準孔１８とマスタ本体２の中心軸線Ｗ−Ｗ（図５）との交差角も任意の角度、例えば３０度或いは６０度といった角度にすることもできる。

［鍔付ブッシュ］
鍔付ブッシュ１１、１４、１７には既存のブッシュを使用することも、新規なものを使用することもできる。鍔付ブッシュ１１、１４、１７には同じものを使用することができる。鍔付ブッシュ１１、１４、１７の材質は同じものでも異なるものでも良いが、低熱膨張鋳鉄のような熱膨張係数の小さい素材で形成され、鍔の表面と孔の内周面が高精度に仕上げ加工されたものを使用するのが望ましい。それら仕上げ加工は個々の鍔付ブッシュをマスタ本体２に固定する前に行うことも固定後に行うこともできるが、固定後に行うとマスタ本体２への取付け角度や取付け位置の精度を高めることができる。

［鍔付ブッシュの固定］
上面取付け孔８への鍔付ブッシュ１１の固定、周面取付け孔９への鍔付ブッシュ１４の固定、斜め取付け孔１０への鍔付ブッシュ１７の固定は任意手段とすることができるが、ロックタイト、その他の接着剤で接着固定することができる。必要に応じてカシメ、ねじ、他の固定手段とすることもできる。

図示した実施例では、マスタ本体２と鍔付ブッシュ１１、１４、１７を別々に形成し、それらブッシュを上面取付け孔８、周面取付け孔９、斜め取付け孔１０に差し込んで固定してあるが、可能であれば、マスタ本体２と鍔付ブッシュ１１、１４、１７は一体であってもよい。

［基準球］
マスタ本体２の上面３の中心には基準球２０（図６（ａ）〜（ｃ））を設けてある。基準球２０はマスタ本体２の上面３から上方に突出している。基準球２０は上面３に直付けしても、図６（ａ）（ｂ）のように軸２２を介して取り付けてもよい。この基準球２０は、本発明の検査マスタ１を使用して５軸加工機を５軸測定する場合は、後記するように、検査マスタ１をテーブルに載せ、そのテーブルの回転又は旋回により、測定プローブ２１に対して傾斜させることになる。基準球２０はそのときの検査マスタ１の傾き角度を確認するための基準となるものである。

［使用例１］
本発明の検査マスタを使用して、接触式３次元測定機の検査を行うときは、従来の３次元測定と同様に、本発明の検査マスタを測定機のテーブルにセットし、接触式３次元測定機のプローブをＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動させ、検査マスタの上面基準部４、周面基準部５に接触させて行う。

［使用例２］
本発明の検査マスタを使用して５軸加工機の５軸測定を行うときは、例えば、５軸加工機の加工具に代えて測定ヘッド及び球状の測定プローブ２１をセットし、５軸加工機の回転又は旋回テーブルに本発明の検査マスタ１をセットする。この状態で、測定プローブをＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動させて３次元測定を行う。更に、前記テーブルを回転又は／及び旋回させて、テーブルの上にセットしてある検査マスタ１を測定プローブ２１に対して傾ける。その状態で、本発明の検査マスタ１の斜め基準部７の斜め基準孔１８の内周面や斜め測定基準面１９に接触させて、それら接触箇所の平滑度や傾向き角度などの必要事項の測定（前記３軸測定と合わせて計５軸測定）を行う。これら測定値（実測値）を計量トレサビリティーの確認されている基準値と比較することにより実測値と基準値との誤差を調べるとか、プローブが移動する各軸方向の真直度、軸間の直角度、各軸方向の表示誤差等を確認し、測定機自体の評価を行うことができる。誤差がある場合は誤差が解消されるように測定機や加工機の調整を行うことができる。

前記５軸測定では検査マスタ１を傾斜させるため、その傾斜角度を確認する必要がある。この場合、基準球２０を使用して確認することができる。確認方法の一例としては、図６（ａ）〜（ｃ）のように、球状の測定プローブ２１の外周面（頂部）を、基準球２０の外周面の前後左右の４箇所の頂部と、上方頂部の計５箇所に接触させて基準球２０の中心座標を求め、その座標値から検査マスタ１の傾斜角を確認することができる。斜め基準部７の傾斜角が例えば４５度の場合は、検査マスタが正確に４５度に傾いているかどうかを確認し、テーブルを回転又は旋回操作して、検査マスタを正確に４５度の角度に調整することができる。本発明では、検査マスタを斜め基準部７の傾斜角となるように調整した上で、球状の測定プローブ２１を斜め基準部７の斜め基準孔１８又は斜め測定基準面１９に接触させて、それら測定箇所の平滑度、軸間角度等の測定を行うことで、正確な５軸測定が可能となる。傾斜角の求め方は他の方法であってもよい。測定プローブは多関節アーム型のプローブ、その他の構成のプローブであってもよい。

（他の実施形態）
前記実施形態は本発明の検査マスタの一例である。本発明の検査マスタは実施形態に限定されるものではなく、本発明の課題を解決できる限りにおいて、他の構成、他の材質等であってもよい。

上面基準部４、周面基準部６、斜め基準部７の設置数、設置箇所等は任意に設計することができる。マスタ本体２は円筒状ではなく、角形、多角形の箱状、その他の形状であってもよい。

１ 検査マスタ
２ マスタ本体
３ （マスタ本体の）上面
４ 上面基準部
５ （マスタ本体の）周面
６ 周面基準部
７ 斜め基準部
８ 上面取付け孔
９ 周面取付け孔
１０ 斜め取付け孔
１１ 鍔付ブッシュ
１２ 縦基準孔
１３ 上測定基準面
１４ 鍔付ブッシュ
１５ 横基準孔
１６ 横測定基準面
１７ 鍔付ブッシュ
１８ 斜め基準孔
１９ 斜め測定基準面
２０ 基準球
２１ 測定プローブ
２２ 軸
Ａ 検査マスタ
Ｂ マスタ本体
Ｃ （マスタ本体の）上面
Ｄ１ ブッシュ
Ｄ２ ブッシュ
Ｅ （マスタ本体の）周面
Ｆ 基準孔（縦孔）
Ｇ 基準孔（横孔）
Ｈ 門型可動フレーム
Ｉ ヘッド部
Ｊ 昇降軸
Ｋ プローブ
Ｌ 測定テーブル
Ｍ ホルダー
Ｎ 測定基準面

Claims (7)

1. 中空状のマスタ本体の上面に上面基準部があり、周面に周面基準部があり、上面基準部に上面取付け孔が、周面基準部に周面取付け孔が開口されている検査マスタにおいて、
   前記周面に斜め基準部があり、
   周面基準部がマスタ本体の周面の周方向に数列あり、
   斜め基準部が数列の周面基準部の列間に数列設けられた、
   ことを特徴とする検査マスタ。
2. 請求項１記載のマスタ本体において、
   周面基準部が各列に二以上あり、
   斜め基準部が各列に二以上ある、
   ことを特徴とする検査マスタ。
3. 請求項１又は請求項２記載の検査マスタにおいて、
   斜め基準部がマスタ本体の上面に向けて外向き傾斜であり、
   斜め基準部が斜め取付け孔を備え、
   斜め取付け孔が上面に向けて外向き傾斜に開口している、
   ことを特徴とする検査マスタ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検査マスタにおいて、
   上面基準部がマスタ本体の上面取付け孔に鍔付ブッシュが挿入固定されて形成され、
   周面基準部がマスタ本体の周面取付け孔に鍔付ブッシュが挿入固定されて形成され、
   斜め基準部がマスタ本体の斜め取付け孔に鍔付ブッシュが挿入固定されて形成された、
   ことを特徴とする検査マスタ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の検査マスタにおいて、
   鍔付ブッシュの内周面及び鍔の表面が平滑な測定基準面である、
   ことを特徴とする検査マスタ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の検査マスタにおいて、
   マスタ本体の上面に、５軸測定時に傾斜させるマスタ本体の傾斜角を求めることのできる基準球を設けた、
   ことを特徴とする検査マスタ。
7. 請求項６記載の検査マスタにおいて、
   基準球がマスタ本体の上面の中心部に設けられた、
   ことを特徴とする検査マスタ。

Images