JP6631984B1 - 検査マスタ - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸測定の他に、５軸加工機の回転軸又は／及び旋回軸方向の測定を加えた５軸検査も可能な検査マスタを提供する。【解決手段】 マスタ本体２の周面３に周面球状基準部４を設けた。マスタ本体２の上面５に上面球状基準部６を設けた。マスタ本体２に周面球状基準部４と上面球状基準部６の双方を設けた。マスタ本体２の周面３に周面孔状基準部１０をも、上面５に上面孔状基準部１１をも設けた。マスタ本体２の上面５に上基準球７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軸は通常、左右（Ｘ）、前後（Ｙ）、上下（Ｚ）の３軸の他に、回転軸と旋回軸の２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開発し提案をしている（特許文献１〜４）。

本件出願人が先に開発した検査マスタＡ（図１２）は、中空筒状のマスタ本体Ｂの上面Ｃに、測定基準となる上面測定部Ｄが四個設けられ、周面Ｅに周面測定部Ｆが四列、各列二個ずつ設けられている。上面測定部Ｄの中心には縦向きに開口する基準孔（縦孔）Ｇがあり、周面測定部Ｆの中心には横向きに開口する基準孔（横孔）Ｈ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１３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Ｊと、門型可動フレームＪ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Ｋと、ヘッド部Ｋ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Ｌと、その先のプローブＭを有する。プローブＭ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１２の検査マスタＡを用いて、図１３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１３のように門型の接触式３次元測定機の測定テーブルＮに取り付けられたホルダーＯに検査マスタＡをセットする。その検査マスタＡの上面測定部Ｄの内周面や測定基準面Ｉ（図１２）、周面測定部Ｆの内周面や測定基準面Ｉ（図１２）に接触式３次元測定機のプローブＭを接触させて、接触箇所の平滑度や、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Ｍ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 特許第６４１９３８０号公報 特許第６４６９９２７号公報

図１２の検査マスタＡの上面Ｃの上面測定部Ｄの縦孔Ｇは上面Ｃに対して垂直に開口しており、周面Ｅの周面測定部Ｆの横孔Ｈは周面Ｅに対して水平に開口しているため、それら縦孔Ｇ、横孔ＨにプローブＭを差し込んで測定したり、上面測定部Ｄや周面測定部Ｆの測定基準面Ｉに接触式３次元測定機のプローブＭを接触させて測定基準面Ｉの平滑度を測定したりすることはできるが、マスタ本体Ｂの縦軸に対する斜め方向の測定はできなかった。また、近年はＸ、Ｙ、Ｚの３軸に、回転又は旋回の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、上面と周面を備えた立体状のマスタ本体の周面の周方向数箇所に球状の基準部（周面球状基準部）を設けたものである。周面球状基準部は周面から外側に突設された球体である。周面球状基準部は周面から外側に真横に向けて突設することも、周面に対して斜め横向きに突設することもできる。斜め横向きの角度は任意とすることができる。いずれの球体もマスタ本体の周面から横に離れて突設されている。周面球状基準部は周面の周方向二以上の箇所に設けることができ、各箇所に縦方向に二以上の球体を列状に設けることができる。

マスタ本体の周面には前記周面球状基準部の他に、横向き孔が開口されている周面孔状基準部を設けることもできる。周面孔状基準部も周面の周方向二以上の箇所に設けることができ、各箇所に縦方向に二以上設けることができる。いずれの周面孔状基準部も同じ横向きである。

マスタ本体の上面中央部には上基準球を設けることができる。上基準球は５軸測定時に傾斜させるマスタ本体の傾斜角を確認に使用される。上基準球は上面から真上に向けて、上面に垂直に突設されている。上基準球はマスタ本体の上面から上方に離れて突設されている。

マスタ本体の上面には上面球状基準部及び上基準球の他に、上面孔状基準部を設けることもできる。上面孔状基準部は縦向き孔が開口されている。上面孔状基準部は上面に二以上設けることができる。

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、Ｙ、Ｚの３軸測定が可能であり、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周面球状基準部があるため、周面球状基準部の中心座標を５軸加工機に設けた計測器で計測することにより、５軸加工機の５軸精度測定が容易にできる。また、周面球状基準部が球体であるため、検査マスタを斜めにしても周面球状基準部の中心座標を求め易く、測定精度が向上する。
（３）マスタ本体の上面の中央部に上基準球があるため、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、当該上基準球を基準として確認することができるため、精度の良い斜め方向の軸測定が可能になる。

（ａ）は本発明の検査マスタであって、マスタ本体の周面に周面球状基準部を四列設けた検査マスタの斜視図、（ｂ）は（ａ）の上面基準球の取り付け説明図。 図１の検査マスタの縦断面図。 本発明の検査マスタであって、マスタ本体の周面に周面球状基準部を八列設けた検査マスタの斜視図。 本発明の検査マスタであって、周面に周面球状基準部と周面孔状基準部を設け、上面に上面孔状基準部を設けた場合の斜視図。 図４の検査マスタの平面図。 本発明の検査マスタであって、マスタ本体の周面に周面球状基準部を四列、上面に上面球状基準部を設けた場合の斜視図。 本発明の検査マスタであって、マスタ本体の周面に周面球状基準部を八列、上面に上面球状基準部を設けた場合の斜視図。 本発明の検査マスタであって、マスタ本体の周面に周面孔状基準部を、上面に上面球状基準部を設けた場合の斜視図。 （ａ）は図８の検査マスタの縦断面図、（ｂ）は（ａ）の周面孔状基準部の取り付け孔と鍔付ブッシュの縦断面説明図、（ｃ）は（ｂ）の取り付け孔に鍔付ブッシュを取り付けた状態の縦断面図。 本発明の検査マスタであって、マスタ本体の周面に周面球状基準部と周面孔状基準部を、上面に上面球状基準部を設けた場合の斜視図。 （ａ）は本発明の検査マスタにおける球体基準部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。 本件出願人が先に開発した検査マスタの説明図。 図１２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。

（検査マスタの実施形態１）
本発明の検査マスタの実施形態の一例である図１（ａ）、図２の検査マスタ１は、中空円筒状のマスタ本体２の側面（周面）３に周面球状基準部４を、上面５に上基準球７を設けてある。

［マスタ本体］
マスタ本体２は図１（ａ）、図２のように底面８が開口しており、内部が空洞の中空筒状（中空立体状）であり、周面３の周方向数箇所であって底面８側に開口部２０がある。底面８は底板（図示せず）で閉塞されており、底板の中付近に止め孔（図示せず）が開口されているものであってもよい。開口部２０は検査マスタ１の軽量化、計測器のホルダーへの検査マスタ１の取り付けを容易にするのに使用されるものであり、その大きさ（縦、横の寸法）は任意に設計可能である。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。マスタ本体２は軽量であって、熱膨張が小さく、寸法安定性に優れた素材製の場合は、必ずしも中空ではなく、むく材であってもよい。マスタ本体２のこれら構成は以下の実施形態のマスタ本体においても同じである。

［周面球状基準部］
周面球状基準部４は周面３から外側に真横に突設され球体である。球体は周面３に等間隔で四列あり、各列に上下に二段（二個）設けてある。各列の球体の数は一個でも三個以上でもよい。いずれの場合も、球体は周面３に連結軸１３で取り付けられて周面３から離れている。各列の二個の球体は、下段（マスタ本体２の底面側）の球体が上段（マスタ本体２の上面５側）の球体よりも側方に長く突設されている。三個以上の場合も下段の球体を上段の球体よりも側方に長く突設させる。四列の周面球状基準部４は周面３の周方向に９０度の等間隔で設けてあるが、間隔は９０度以外であってもよく、等間隔でなくてもよい。球体の直径や突出長（連結軸１３の長さ）は５軸加工機の精度計測がし易いように設計してある。材質も欠けたり割れたりしにくく、温度で伸縮も変形もし難いものが使用される。周面球状基準部４の球体は真横に突設されているが、可能であれば斜め横向きに突出していてもよい。この場合の斜め横向き角度は任意に設計することができる。周面球状基準部４の球体は上下の間隔が広く、下段の球体の測定時に上段の球体が邪魔にならない場合は、上段の球体の突出長が下段の球体の突出長よりも長くても同じ突出長であってもよい。周面球状基準部４のこれら構成は以下の実施形態の周面球状基準部においても同じである。

［上基準球］
上基準球７はマスタ本体２の上面５の中央部に突設した球体である。この球体は上面５に連結軸１４により真上に向けて垂直に突設されており、連結軸１４で取り付けられて上面５から離れている。この球体も直径や突出長（連結軸１４の長さ）は計測し易いように設計してある。材質も欠けたり割れたりしにくく、温度で伸縮も変形もし難いものが使用される。上基準球７は５軸加工機の精度測定時に傾斜させるマスタ本体２の傾斜角の確認に使用される。５軸測定時に傾斜させたマスタ本体２の傾斜角は、例えば、マスタ本体２の傾斜時の上基準球７の中心座標と、マスタ本体２の垂直時の上基準球７の中心座標との差から求めることができる。上基準球７は可能であれば上面５の中心以外の箇所に設けることもできる。上基準球７のこれら構成は以下の実施形態の上基準球においても同じである。

（検査マスタの実施形態２）
図３の検査マスタ１は基本的には図１（ａ）の検査マスタ１と同様であり、異なるのは、周面球状基準部４を周面周方向に等間隔で八列設けたことである。

（検査マスタの実施形態３）
図４、図５の検査マスタ１も基本的には図１（ａ）の検査マスタ１と同様であり、異なるのは、マスタ本体２の周面３の周方向四箇所の周面球状基準部４の間に、周面孔状基準部１０を設け、上面５に上面孔状基準部１１を設けたことである。周面孔状基準部１０、上面孔状基準部１１の開口箇所、個数も任意に設計可能である。

［周面孔状基準部］
周面孔状基準部１０（図４、図５）は周面３の周方向に９０度間隔で４列設けてあり、各列に上下二段に設けてある。これら周面孔状基準部１０は図９（ｂ）のようにマスタ本体２の周面３に真横に向けて開口されている横向き孔１５内に、図９（ｂ）の鍔付ブッシュ１６が図９（ｃ）のように挿入固定されたものである。鍔付ブッシュ１６は筒部１６ａの先端に孔のあいた円形の鍔１６ｂを備えている。鍔付ブッシュ１６の貫通孔１６ｃの内周面も鍔１６ｂの表面も平滑に仕上げられている。周面孔状基準部１０の列数、列間隔、各列の段数（個数）は前記以外であってもよい。鍔付ブッシュ１６には汎用の鍔付ブッシュを使用することができる。周面孔状基準部１０のこれら構成は他の実施形態の上面孔状基準部においても同じである。

［上面孔状基準部］
上面孔状基準部１１（図４、図５）はマスタ本体２の上面５に四個設けてある。これら上面孔状基準部１１はマスタ本体２の上面５に垂直に開口されている上向き孔（縦孔）内に鍔付ブッシュ１６（図９（ｃ））が挿入固定されている。上面孔状基準部１１の個数、間隔等も任意に設計することができる。上面孔状基準部１１のこれら構成は他の実施形態の上面孔状基準部においても同じである。

前記いずれの鍔付ブッシュ１６も、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１６ｂの表面と貫通孔１６ｃの内周面が高精度に鏡面仕上げされている。それら鏡面仕上げは個々の鍔付ブッシュ１６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。横向き孔１５、あるいは縦孔への鍔付ブッシュ１６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。鍔付ブッシュ１６のこれら構成は他の実施形態における鍔付ブッシュにおいても同じである。

（検査マスタの実施形態４）
図６の検査マスタ１は、基本的には図１（ａ）の検査マスタと同じであり、異なるのは前記マスタ本体２の上面５の中央部に上基準球７があり、その周囲に等間隔で四個の上面球状基準部６を設け、マスタ本体２の周面３の周方向に周面球状基準部４を等間隔で四列設けたものである。上面球状基準部６は上面５に突設した球体であり、上面５に連結軸１３により真上に向けて垂直に突設されており、上面５から離れている。この球体も直径や突出長は計測し易いように設計してある。材質も欠けたり割れたりしにくく、温度で伸縮も変形もし難いものが使用される。周面球状基準部４は図１（ａ）のそれと同じものであり、列数、列間隔、各列の個数も任意に設計することができる。

（検査マスタの実施形態５）
図７の検査マスタ１も基本的には図６の検査マスタと同じであり、異なるのは周面球状基準部４をマスタ本体２の周面に等間隔で八列設けたことである。

（検査マスタの実施形態６）
図８、図９（ａ）の検査マスタ１も基本的には図６の検査マスタと同じであり、異なるのは、周面球状基準部４の箇所に周面孔状基準部１０をマスタ本体２の周面に等間隔で四列を設けたことである。

（検査マスタの実施形態７）
図１０の検査マスタ１も基本的には図８の検査マスタと同じであり、異なるのは図８の検査マスタ１の周面孔状基準部１０の間に周面球状基準部４を設けたことである。

［使用例１］
本発明の検査マスタ１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１を測定機のテーブルのホルダーにセットし、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１の周面孔状基準部１０、上面孔状基準部１１に接触させて行う。

［使用例２］
本発明の検査マスタ１を使用して５軸加工機の５軸検査を行うときは、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９（図１１（ａ））をセットし、５軸加工機の回転又は旋回、あるいは回転も旋回も可能な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９をＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動させ、周面孔状基準部１０、あるいは上面孔状基準部１１に接触させて３次元測定を行う。さらに、前記テーブルを回転又は旋回させたり、回転及び旋回させたりして、ホルダーにセットしてある検査マスタ１を測定プローブ９に対して傾ける（図１１（ａ））。

傾斜させた状態で、本発明の検査マスタ１の周面球状基準部４、上面球状基準部６、上基準球７の球体の外周面に測定プローブ９を接触させて、接触させた球体の中心座標の測定（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、測定プローブ９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、孔間距離等を確認し、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５軸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、上基準球７を使用して傾斜角度を確認することができる。確認方法の一例としては、図１１（ａ）〜（ｃ）のように、球状の測定プローブ９の外周面（頂部）を、上基準球７の外周面（前後左右四箇所）の頂部と、上方頂部の計五箇所に接触させて上基準球７の中心座標を求める。この座標値を基準座標値と比較して、両座標の差から検査マスタ１の傾きを求める。基準座標値はテーブルに載せた検査マスタ１の上面を水平にしたときの上基準球７の中心座標とすることができる。あらかじめ、基準座標値を求めておく場合も、前記の場合と同様に、球状の測定プローブ９の外周面（頂部）を上基準球７の外周面の前後左右の四箇所の頂部と、上方頂部の計五箇所に接触させて上基準球７の中心座標を求める。周面球状基準部４の傾斜角が例えば４５度の場合は、検査マスタ１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１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１の傾きを所定の角度となるように調整した上で、球状の測定プローブ９を周面球状基準部４に接触させて、その中心座標の測定を行うことで正確な５軸測定が可能となる。球状の測定プローブ９を上基準球７の外周面に前記の場合と同様に接触させて、その中心座標を測定することでも正確な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９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１の一例である。本発明の検査マスタ１は実施形態の記載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。マスタ本体２は円筒状ではなく、角形、多角形の箱状、その他の立体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）周面
４ 周面球状基準部
５ （マスタ本体の）上面
６ 上面球状基準部
７ 上基準球
８ 底面
９ 測定プローブ
１０ 周面孔状基準部
１１ 上面孔状基準部
１３ 連結軸
１４ （上基準球の）連結軸
１５ 横向き孔
１６ 鍔付ブッシュ
１６ａ （鍔付ブッシュの）筒部
１６ｂ （鍔付ブッシュの）鍔
１６ｃ （鍔付ブッシュの）貫通孔
２０ 開口部
Ａ 検査マスタ
Ｂ マスタ本体
Ｃ （マスタ本体の）上面
Ｄ 上面測定部
Ｅ （マスタ本体の）周面
Ｆ 周面測定部
Ｇ 基準孔（縦孔）
Ｈ 基準孔（横孔）
Ｉ 測定基準面
Ｊ 門型可動フレーム
Ｋ ヘッド部
Ｌ 昇降軸
Ｍ プローブ
Ｎ 測定テーブル
Ｏ ホルダー

Claims (6)

1. 周面と上面を備えた円筒状のマスタ本体の周面に、周面球状基準部が横向きに突設され、上面にマスタ本体の傾斜角検知用の上基準球が上向きに突設され、
   周面球状基準部は前記周面の周方向二以上の箇所にあり、
   各箇所の周面球状基準部は周面から横向きに突出している連結軸の先に球体を備えている、
   ことを特徴とする検査マスタ。
2. 周面と上面を備えた円筒状のマスタ本体の上面にマスタ本体の傾斜角検知用の上基準球が上向きに突設され、
   前記上面であって上基準球よりも外側の一又は二以上の箇所に上面球状基準部が上向きに突設され、
   上面球状基準部は上面から上向きに突出している連結軸の先に球体を備えたものである、
   ことを特徴とする検査マスタ。
3. 周面と上面を備えた円筒状のマスタ本体の周面に、周面球状基準部が横向きに突設され、
   周面球状基準部は前記周面の周方向二以上の箇所にあり、
   各箇所の周面球状基準部は周面から横向きに突出している連結軸の先に球体を備えたものであり、
   前記マスタ本体の上面にマスタ本体の傾斜角検知用の上基準球が上向きに突設され、
   前記上面であって上基準球よりも外側の一又は二以上の箇所に上面球状基準部が上向きに突設され、
   上面球状基準部は上面から上向きに突出している連結軸の先に球体を備えたものである、
   ことを特徴とする検査マスタ。
4. 請求項１又は請求項３に記載の検査マスタにおいて、
   マスタ本体の周面の周方向に二列以上設けられた各列の周面球状基準部は前記周面の軸方向に二以上配置されており、
   各列の二以上の周面球状基準部は、前記周面の軸方向下方の周面球状基準部が軸方向上方の周面球状基準部よりも横方向への突出長が長い、
   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、
   マスタ本体の周面に横向きの周面孔状基準部が二列以上あり、
   各列の周面孔状基準部は二列以上の周面球状基準部の間にあり、
   各周面孔状基準部は前記周面に横向きに開口している孔である、
   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上面孔状基準部が二以上あり、
   各上面孔状基準部は前記上面に縦向きに開口している孔である、
   ことを特徴とする検査マスタ。

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