JP6848118B1

JP6848118B1 - ねじ軸の測定装置および測定方法

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Publication number: JP6848118B1
Application number: JP2020187759A
Authority: JP
Inventors: 純一窪田; 正寛藤木
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: JP2022077099A

Abstract

【課題】ねじ軸の有効径を測定する。【解決手段】測定装置は、ボールねじのねじ軸の上輪郭と、上輪郭の反対側の下輪郭を撮像する撮像制御部と、撮像画像においてねじ軸の外径位置を検出する外径検出部と、上輪郭を対象とする撮像画像におけるねじ軸の外径位置と、下輪郭を対象とする撮像画像におけるねじ軸の外径位置に基づいて、ねじ軸の軸線位置を特定する軸線特定部と、ねじ軸の回転角が第１の回転角に設定されるときに特定される第１の軸線位置と、ねじ軸の回転角が第１の回転角とは異なる第２の回転角に設定されるときに特定される第２の軸線位置との差分値を算出する差分算出部と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、ねじ軸の有効径を測定する技術、に関する。

工作機械は、ワークを所望の形状に切削加工する装置や、金属粉末などを積層してワークを作る装置がある。切削加工する工作機械には、回転するワークに切削工具を当てることでワークを加工するターニングセンタと、回転する切削工具をワークに当てることでワークを加工するマシニングセンタ、これらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。

さまざまなワークのひとつとして、「ボールねじ」のねじ軸がある。ねじ軸は、円筒形状の部材をロックした状態で軸回転させつつ、ねじ溝を切削加工することにより形成される（特許文献１参照）。

ねじ軸は、その有効径が許容範囲内に収まることを求められる。加工後のねじ軸の有効径が許容範囲内に収まっていないときには、修正加工を行う必要がある。

特開２０１６−１０９４８３号公報

ねじ軸を工作機械からいったん取り外して有効径を測定する場合、取り外しと取り付けにともなう作業時間がかかる。したがって、ねじ軸を工作機械に取り付けたままねじ軸の有効径を測定することが望ましい。

しかし、工作機械のモーターの振動、冷却水の流れ、コンプレッサの振動などの外的要因に起因するねじ軸の変位や工作機械に取り付けられたカメラの撮像位置が変位することが考えられる。したがって、ねじ軸を工作機械に取り付けたままその有効径を測定する場合には、軸心の変位量やカメラの撮影位置の変位量を考慮する必要がある。

本発明のある態様における測定装置は、ボールねじのねじ軸の、ねじ軸の回転軸に垂直な第１の方向に沿って見た場合の円弧形状を含む上輪郭と、上輪郭の反対側の下輪郭を撮像する撮像制御部と、ねじ軸の撮像画像において、ねじ軸の外径位置を検出する外径検出部と、上輪郭を対象とする撮像画像におけるねじ軸の外径位置と、下輪郭を対象とする撮像画像におけるねじ軸の外径位置に基づいて、ねじ軸の軸線位置を特定する軸線特定部と、ねじ軸の回転角が第１の回転角に設定されるときに特定される第１の軸線位置と、ねじ軸の回転角が第１の回転角とは異なる第２の回転角に設定されるときに特定される第２の軸線位置との差分値を算出する差分算出部と、を備える。

本発明のある態様における測定方法は、ボールねじのねじ軸の、ねじ軸の回転軸に垂直な第１の方向に沿って見た場合の円弧形状を含む上輪郭と、上輪郭の反対側の下輪郭を撮像するステップと、ねじ軸の撮像画像において、ねじ軸の外径位置を検出するステップと、上輪郭を対象とする撮像画像におけるねじ軸の外径位置と、下輪郭を対象とする撮像画像におけるねじ軸の外径位置に基づいて、ねじ軸の軸線位置を特定するステップと、ねじ軸の回転角が第１の回転角に設定されるときに特定される第１の軸線位置と、ねじ軸の回転角が第１の回転角とは異なる第２の回転角に設定されるときに特定される第２の軸線位置との差分値を算出するステップと、を実行する。

本発明によれば、ねじ軸の有効径をより正確に測定しやすくなる。

ボールねじのねじ軸を加工可能な複合加工機の外観斜視図である。ねじ溝の加工時におけるねじ軸周辺の第１の側面図である。ねじ溝の加工時におけるねじ軸周辺の第２の側面図である。図３のＡ方向から見たときのねじ軸周辺の断面図である。ねじ軸の測定時におけるねじ軸周辺の外観斜視図である。ねじ軸の測定時におけるねじ溝と光軸の関係を示す模式図である。測定装置の機能ブロック図である。ねじ軸の第１の撮像画像を示す図である。ねじ軸の第２の撮像画像を示す図である。有効径を計算するときのねじ軸Ｗの仮想形状を示す図である。第１カメラおよび第２カメラそれぞれの撮像領域を示す第１の模式図である。第１カメラおよび第２カメラそれぞれの撮像領域を示す第２の模式図である。

図１は、ボールねじのねじ軸を加工可能な複合加工機１００の外観斜視図である。
複合加工機１００は、加工機本体１０２のほか、測定装置１０４および加工制御装置１０６を含む。測定装置１０４は、ねじ軸Ｗの有効径およびピッチを測定する。本実施形態においては、測定装置１０４による有効径の測定方法を中心として説明する。加工制御装置１０６は、加工機本体１０２による加工を制御する。
以下、図１に示すように垂直方向にＸ軸、ねじ軸Ｗの軸方向をＺ軸、Ｘ軸およびＺ軸に対する垂直方向としてＹ軸を設定する。

加工機本体１０２は、ベッド（図示せず）と、Ｚ軸方向に移動可能に配設されたコラム（図示せず）と、第１主軸台１０８、第２主軸台１１０および刃物台１１４を含む。第２主軸台１１０の上方には収容装置１１２が備えられる。

コラムは、ＸＹ方向に移動可能にクイル１１６を保持する。クイル１１６には工具主軸１１８が設けられる。工具主軸１１８には研削ユニット１２０が装着される。研削ユニット１２０は、工具主軸１１８に着脱可能に構成され、かつ、収容装置１１２に収納可能に構成される。研削ユニット１２０以外の工具は工具マガジン（図示せず）に格納される。これらの工具は、工具交換装置（図示せず）により工具マガジンと工具主軸１１８の間で適宜交換される。工具主軸１１８は、クイル１１６においてＹ軸方向を回転軸として回転可能に保持される。

第１主軸台１０８は第１主軸１２２を回転自在に保持する。第２主軸台１１０は第２主軸１２８を回転自在に保持する。第１主軸１２２と第２主軸１２８の軸線は同軸である。第２主軸台１１０は第１主軸台１０８に対して、Ｚ軸方向に進退可能に構成される。

第１主軸１２２には第１チャック１２４が装着される。第２主軸１２８には第２チャック１２６が装着される。第１チャック１２４および第２チャック１２６の双方によりねじ軸Ｗの両端を把持する。工具主軸１１８の先端に研削砥石（図示せず）を取り付けることにより、ねじ軸Ｗを研削加工できる。

刃物台１１４はタレット１３０を保持する。タレット１３０には振止ユニット１３２が取り付けられる。振止ユニット１３２は既知のクランプ機構によりねじ軸Ｗを挟持する。振止ユニット１３２により、ねじ軸Ｗの揺動を抑制する。ただし、振止ユニット１３２によりねじ軸Ｗを挟持しても、ねじ軸Ｗの軸心はわずかながら揺動することがある。

図２は、ねじ溝の加工時におけるねじ軸Ｗ周辺の第１の側面図である。
ねじ軸Ｗは、両端面にセンタ穴が穿孔され、その両端を第１チャック１２４および第２チャック１２６により把持される。ねじ軸Ｗは、また、ねじ溝が形成されるべき外周面にあらかじめ研削加工が施されている。ねじ軸Ｗのセンタ穴には、第１チャック１２４の心押軸１３４と、第２チャック１２６の心押軸１３６が押し当てられ、更に、把持爪１３８および把持爪１４０により把持される。ねじ軸Ｗはタレット１３０に装着される振止ユニット１３２により上下からクランプされる。

ねじ軸Ｗは、このように支持された状態で、ミーリング工具ＴＭ（回転切削工具）によりねじ溝を形成される。工具主軸１１８の軸線がＸＺ平面内において、Ｚ軸に対して所定角度傾斜した状態で、ミーリング工具ＴＭはねじ軸Ｗと当接する。また、当接位置、すなわち、加工位置は、振止ユニット１３２の中間に設定される。ミーリング工具ＴＭをＸ軸方向に所定量だけ切り込ませた状態で、第１チャック１２４はねじ軸を回転させる。同時に、クイル１１６はミーリング工具ＴＭを所定速度にてＺ軸方向に移動させる。このような制御方法により、ねじ軸Ｗにねじ溝が形成される。

ミーリング工具ＴＭをＸ軸方向に徐々に切り込ませながら切削動作を繰り返すことにより、ねじ軸Ｗに所定形状のねじ溝を形成する。ねじ軸Ｗの回転速度とミーリング工具ＴＭのＺ軸方向の送り速度により、ねじ溝のピッチが調整される。また、ミーリング工具ＴＭのＺ軸方向への移動と同期させて、刃物台１１４（振止ユニット１３２）も同方向に移動させる。

ねじ溝加工は、荒加工と仕上加工を含む。荒加工と仕上加工では異なるミーリング工具ＴＭを使用する。仕上加工用のミーリング工具ＴＭには、ねじ溝の形状に適合した丸型のチップを用いる。荒加工用のミーリング工具ＴＭと仕上加工用のミーリング工具ＴＭは工具マガジンに格納され、工具交換装置により、工具主軸１１８に適宜着脱される。

ねじ溝の仕上加工後、工具交換装置は、ミーリング工具ＴＭを工具マガジンに収納し、収容装置１１２から研削ユニット１２０を取り出して工具主軸１１８に接続する。研削ユニット１２０に取り付けられるねじ溝研削砥石１４２により、ねじ溝を研削加工する。

図３は、ねじ溝の加工時におけるねじ軸Ｗ周辺の第２の側面図である。図４は、図３のＡ方向から見たときのねじ軸Ｗ周辺の断面図である。
振止ユニット１３２は、ねじ軸Ｗを上下からクランプする。ねじ溝研削砥石１４２の回転軸がＺ軸に対してねじ溝のリード角と同じ角度になるようにねじ溝研削砥石１４２を傾斜させる。ねじ溝研削砥石１４２の回転中心とねじ軸Ｗの軸線のＸ座標（高さ）を同一にする。

ねじ溝研削砥石１４２をねじ溝に対してＹ軸方向に所定量だけ切り込ませた状態で、ねじ軸Ｗを回転させるとともに、ねじ溝研削砥石１４２をＺ軸方向に移動させる。ねじ溝研削砥石１４２をねじ軸Ｗに対してＹ軸方向に徐々に切り込ませながら研削動作を繰り返すことにより、ねじ溝を仕上げる。ねじ溝の仕上げに際しても、刃物台１１４をねじ溝研削砥石１４２に追随させてＺ軸方向に移動させる。研削加工の終了後、研削ユニット１２０を収容装置１１２に収容する。

次に、ねじ溝の形成後、測定装置１０４によりねじ軸Ｗの有効径を測定する。測定装置１０４は有効径だけでなくねじ溝のピッチも測定可能であるが、以下においては、有効径の測定方法について説明する。

図５は、ねじ軸Ｗの測定時におけるねじ軸Ｗ周辺の外観斜視図である。
ねじ軸撮像装置１４４は、外枠１５４と、外枠１５４に固定される第１カメラ１４６、第２カメラ１４８、第１照明装置１５０および第２照明装置１５２を含む。第１カメラ１４６の光軸と第２カメラ１４８の光軸は平行である。第１照明装置１５０は第１カメラ１４６に対向し、第２照明装置１５２は第２カメラ１４８に対向する位置に設けられる。

第１照明装置１５０および第２照明装置１５２はそれぞれねじ軸Ｗを下方から照明し、第１カメラ１４６および第２カメラ１４８はねじ軸Ｗを上方から撮像する。下方からねじ軸Ｗを照明しつつ、上方からねじ軸Ｗを撮像することにより、ねじ軸Ｗの輪郭を画像認識しやすい撮像画像を取得できる。

第１カメラ１４６および第２カメラ１４８はねじ軸Ｗを挟む位置に設定される。第１カメラ１４６はねじ軸Ｗを上方から撮像するが、撮像対象となるのはねじ軸Ｗの一部である。具体的には、第１カメラ１４６はねじ軸Ｗの図面右（奥）側（以下、便宜上「上側」とよぶ）を撮像する。第２カメラ１４８の撮像対象となるのはねじ軸Ｗの図面左（手前）側（以下、便宜上「下側」とよぶ）を撮像する。測定装置１０４は、第１カメラ１４６による撮像画像（以下、「上画像」とよぶ）と第２カメラ１４８による撮像画像（以下、「下画像」とよぶ）により、後述の方法によりねじ軸Ｗの有効径を計算する。

図６は、ねじ軸Ｗの測定時におけるねじ溝と光軸の関係を示す模式図である。
上述したように、ねじ軸Ｗの溝方向１５６は、Ｚ軸方向（ねじ軸Ｗの軸方向）に対して垂直ではなく、所定角度だけ傾斜して形成される。いいかえれば、Ｘ軸方向（垂直方向）を「第１方向」としたとき、ねじ軸Ｗの溝方向１５６は第１方向から所定角度だけ傾斜している。溝方向１５６の軸線と、第１カメラ１４６の光軸方向が一致するように、ねじ軸撮像装置１４４の傾きはあらかじめ調整されている。また、溝方向１５６と第１照明装置１５０の照射方向も同一である。一方、下側においては第２カメラ１４８の光軸方向とねじ溝の溝方向１５６は一致しない。これについては後に詳述する。

図７は、測定装置１０４の機能ブロック図である。
測定装置１０４の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コンピュータプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

測定装置１０４は、ユーザインタフェース処理部１６０、データ処理部１６２およびデータ格納部１６４を含む。
ユーザインタフェース処理部１６０は、ユーザからの操作を受け付けるほか、画像表示や音声出力など、ユーザインタフェースに関する処理を担当する。データ処理部１６２は、ユーザインタフェース処理部１６０により取得されたデータおよびデータ格納部１６４に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１６２は、ユーザインタフェース処理部１６０およびデータ格納部１６４のインタフェースとしても機能する。データ格納部１６４は、各種プログラムと設定データを格納する。

ユーザインタフェース処理部１６０は、入力部１６６および出力部１６８を含む。
入力部１６６は、タッチパネルあるいはハンドル等のハードデバイスを介してユーザからの入力を受け付ける。出力部１６８は、画像表示あるいは音声出力を介して、ユーザに各種情報を提供する。

データ処理部１６２は、撮像制御部１７０、外径検出部１７２、軸線特定部１７４、差分検出部１７６、座標調整部１７８、有効径算出部１８０および駆動指示部１８２を含む。
撮像制御部１７０は、第１カメラ１４６、第２カメラ１４８、第１照明装置１５０および第２照明装置１５２を制御し、上画像と下画像を取得する。上画像には、ねじ軸Ｗの回転軸（軸線）に沿って垂直な第１の方向（図５において真上から真下に見下ろす方向）に沿って見た場合のねじ溝の円弧形状（後述）を含む、ねじ軸Ｗの輪郭が含まれる。以下、上画像に映るこのような輪郭画像のことを「上輪郭」とよぶ。下画像には、第１の方向に沿ってねじ軸Ｗを見た場合のねじ溝の円弧形状を含むねじ軸Ｗの輪郭が含まれる。以下、下画像に映るこのような輪郭画像のことを「下輪郭」とよぶ。

外径検出部１７２は、上画像および下画像からねじ軸Ｗの外径位置を検出する。「外径位置」とはねじ軸Ｗのねじ溝がない部分の外径の位置座標である。軸線特定部１７４は、外径検出部１７２が検出した外径位置に基づいてねじ軸Ｗの軸線位置を特定する。「軸線位置」とは、ねじ軸Ｗの軸心にあたる位置である。差分検出部１７６は、ねじ軸Ｗの回転にともなう軸線の変位量（以下、「差分値」とよぶ）を計算する。座標調整部１７８は、有効径計算のため軸線位置等を差分値に基づいて調整する。有効径算出部１８０は、ねじ軸Ｗの有効径を算出する。駆動指示部１８２は測定過程において加工制御装置１０６に指示し、ねじ軸Ｗを回転させる。

図８は、ねじ軸Ｗの第１の撮像画像を示す図である。
図８−図１０においては図面右方向をＺ軸正方向、図面上方向をＹ軸正方向とする。第１カメラ１４６は上画像１８４を撮像し、第２カメラ１４８は下画像１８６を撮像する。いいかえれば、上画像１８４は第１カメラ１４６の撮像領域に対応し、下画像１８６は第１カメラ１４６に撮像領域に対応する。

第１カメラ１４６による上画像１８４にはあらかじめＹＺ座標系が設定されている。同様に、第２カメラ１４８による下画像１８６にもＹＺ座標系が設定される。第１カメラ１４６および第２カメラ１４８の相対的な位置関係は固定されているため、上画像１８４におけるＹＺ座標と下画像１８６におけるＹＺ座標は相互に変換可能である。たとえば、上画像１８４のＹＺ座標系における座標（Ｙ１，Ｚ１）は、下画像１８６に対して設定されるＹＺ座標系においても座標（Ｙ１，Ｚ１）と表現できる。このように、上画像１８４および下画像１８６を含む平面にはＹＺ座標系が設定されている。有効径は、このＹＺ座標系のＹ座標を対象として計算する。

上画像１８４においては、ねじ軸Ｗの上輪郭１８８、すなわち、ねじ軸Ｗを第１の方向に沿って見たときの上側のねじ軸Ｗ（一部）が映る。上輪郭１８８においてはねじ軸Ｗの２つのねじ溝が写る。下画像１８６においては、ねじ軸Ｗの下輪郭１９０、すなわち、ねじ軸Ｗを第１の方向に沿ってみたときの下側のねじ軸Ｗ（一部）が写る。

上述したように、第１カメラ１４６の光軸とねじ溝の溝方向１５６が一致するすようにねじ軸撮像装置１４４の傾きは調整されている。このため、上輪郭１８８においてねじ溝は略半円、すなわち、ほぼ歪みのない円弧形状として写る。一方、下画像１８６においてねじ溝は歪んだ円弧形状として写っている。これは、第１カメラ１４６の光軸を溝方向１５６に合わせるときには、第１カメラ１４６に隣接する第２カメラ１４８の光軸は溝方向１５６と一致しないためである。いいかえれば、上側にあるねじ溝の溝方向１５６は、下側にあるねじ溝の溝方向１５６と一致しないため、第１カメラ１４６の光軸を溝方向１５６に一致させるときには第２カメラ１４８の光軸は溝方向１５６と一致しないためである。

外径検出部１７２は、まず、上輪郭１８８の外径位置（外周面）のＹ座標（ＹＬ１）と、下画像１８６の外径位置のＹ座標（ＹＬ２）を検出する。軸線特定部１７４は、Ｙ座標（ＹＬ１）とＹ座標（ＹＬ２）の中間点をねじ軸Ｗの軸線位置を示すＹ座標（ＹＣ１）として特定する。具体的には、ＹＣ１＝（ＹＬ１＋ＹＬ２）／２である。このように、回転軸（Ｚ軸）に垂直であり、かつ、第１の方向（Ｘ軸方向）にも垂直である第２の方向（図８におけるＹ軸方向）に沿って、上輪郭１８８の外径位置のＹ座標と下輪郭１９０の外径位置のＹ座標を求め、２つの外径位置の中間点を軸線位置のＹ座標（ＹＣ１）として特定する。

次に、有効径算出部１８０は、上輪郭１８８におけるねじ溝の輪郭形状に基づいて、ねじ溝の中心点Ｐ１（以下、「有効点Ｐ１」とよぶ）のＹ座標（ＹＰ１）を特定する。上輪郭１８８におけるねじ溝は「真円の一部としての円弧形状」として写るので、有効径算出部１８０はねじ溝の円弧形状からねじ溝がその一部を形成する「真円」の中心点を有効点Ｐ１として求めることができる。

上画像１８４においては、２つのねじ溝が写っている。２つのねじ溝それぞれの有効点のＹ座標は同一である。このため、有効径算出部１８０はどちらか一方のねじ溝について有効点を求めてもよいし、２つのねじ溝それぞれの有効点を求め、２つの有効点のＹ座標の平均値を有効点Ｐ１のＹ座標として特定してもよい。通常、有効点Ｐ１のＹ座標（ＹＰ１）は外径位置のＹ座標（ＹＬ１）よりも大きくなる。

一方、有効径算出部１８０は、下輪郭１９０からは有効点を特定しない。下輪郭１９０においてはねじ溝が歪んで写っているため、下輪郭１９０のねじ溝から有効点を求めることは適切ではないためである。

有効径算出部１８０は、有効点Ｐ１から軸心までの垂直距離Ｄ１を算出する。具体的には、Ｄ１＝ＹＰ１−ＹＣ１である。

ねじ軸Ｗの有効径とは、ねじ軸Ｗの上側の有効点と下側の有効点のＹ方向における差分である。図８に示す下画像１８６からは有効点を求められないため、以下の計算を行う。

図９は、ねじ軸Ｗの第２の撮像画像を示す図である。
駆動指示部１８２は、次に、加工制御装置１０６にねじ軸Ｗを半回転させるように指示を出す。加工制御装置１０６は、第１主軸台１０８および第２主軸台１１０の駆動機構に制御信号を送信し、ねじＷを半回転（１８０度回転）させる。半回転後、撮像制御部１７０は、第１カメラ１４６に再びねじ軸の上輪郭１８８を撮像させる。このとき、上画像１８４には１つのねじ溝が写る。

上輪郭１８８におけるねじ溝の溝方向１５６と第１カメラ１４６の光軸は一致しているため、上輪郭１８８におけるねじ溝は「真円の一部」として写る。なお、ここでは下画像１８６については考慮しない。

外径検出部１７２は、上輪郭１８８の外径位置のＹ座標（ＹＬ３）を検出する。ねじ軸Ｗは円筒形であるため、本来、回転後の外径位置のＹ座標（ＹＬ３）と回転前の外径位置のＹ座標（ＹＬ１）は一致しなければならない。しかし、コンプレッサの振動等のさまざまな外部要因により、ねじ軸Ｗはわずかに振動することがある。このため、図９において上画像１８４を取得したときの外径位置が、回転前の外径位置と一致しない可能性がある。このようなねじ軸Ｗの軸心の変位は測定誤差につながるため、軸心の変位量を特定し、補正処理をする必要がある。

差分検出部１７６は、まず、回転後の外径位置のＹ座標（ＹＬ３）と回転前の外径位置のＹ座標（ＹＬ１）の差分値ｄを計算する。すなわち、ｄ＝ＹＬ３−ＹＬ１である。差分値ｄがゼロでないとき、回転前後においてねじ軸ＷがＹ方向に変位していることになる。差分値ｄを計算することにより、この複合加工機１００においてねじ軸Ｗにどの程度の機械振動が伝わっているかを定量的に把握できる。

差分値ｄがゼロ以上であるとき、ねじ軸Ｗは全体的にＹ軸正方向にずれているため、回転後の軸心（Ｙ座標（ＹＣ２））も回転前に比べてＹ軸正方向に差分値ｄだけずれていることになる。座標調整部１７８は、上画像１８４に写る上輪郭１８８の座標値をＹ軸負方向に差分値ｄだけ移動させる。たとえば、外径位置のＹ座標（ＹＬ３）は、Ｙ座標（ＹＬ１（＝ＹＬ３―ｄ））に調整される。

有効径算出部１８０は、上輪郭１８８のねじ溝の有効点Ｐ２のＹ座標（ＹＰ２）を特定する。ねじ軸Ｗの変位分を補正するため、座標調整部１７８は有効点Ｐ２のＹ座標も（ＹＰ２−ｄ）に調整する。

図１０は、有効径を計算するときのねじ軸Ｗの仮想形状を示す図である。
座標調整部１７８は、図８の上画像１８４と、図９の上画像１８４の反転画像を合成することにより、図１０に示すねじ軸Ｗの仮想形状を生成する。図１０において、座標調整部１７８は、図９の上画像１８４における上輪郭１８８を差分値ｄに基づいて座標補正（Ｙ軸方向への平行移動）したあと、軸線ＹＣ１を中心として補正後の上輪郭１８８を反転させる（線対称移動）。まとめると、図１０において上側のねじ軸Ｗの形状は図８の上輪郭１８８と同一であり、下側のねじ軸Ｗの形状は図９の上画像１８４を座標補正後に反転したものである。

図９の上画像１８４において、上述したように、調整後の有効点Ｐ２のＹ座標は（ＹＰ２−ｄ）である。軸心のＹ座標（ＹＣ１）を中心として有効点Ｐ２を下輪郭側に反転させたときの有効点Ｐ３のＹ座標は「２×ＹＣ１−ＹＰ２＋ｄ」となる。有効径算出部１８０は、有効点Ｐ３から軸心までの垂直距離Ｄ２を算出する。この結果、Ｄ２＝（ＹＰ２−ｄ）−ＹＣ１となる。有効径Ｒ＝Ｄ１＋Ｄ２なので、有効径Ｒ＝（ＹＰ１−ＹＣ１）＋｛（ＹＰ２−ｄ）−ＹＣ１｝である。

なお、変位がなければ、すなわち、差分値ｄ＝０であれば、有効径Ｒ＝（ＹＰ１−ＹＣ１）＋（ＹＰ２−ＹＣ１）となる。図９においては差分値ｄだけ有効点Ｐ２のＹ座標が大きくなっている。差分値ｄを有効径から減算することにより、ねじ軸Ｗの回転前後の変位にともなう誤差をキャンセルできる。

図１１は、第１カメラ１４６および第２カメラ１４８それぞれの撮像領域を示す第１の模式図である。
第１カメラ１４６および第２カメラ１４８のレンズ外径はどちらも４６ｍｍ（ミリメートル）である。第１カメラ１４６の視野２００は、縦２０．７ｍｍ×横２８．２ｍｍの横長の長方形である。一方、第１カメラ１４６の視野２０２は、縦２８．２ｍｍ×横１４．９ｍｍの縦長の長方形である。視野２００の下端と視野２０２の上端の距離Ｅ１は２１．５ｍｍとなる。レンズの倍率公差を考慮すると、測定可能なねじ軸の最小有効径は２８ｍｍとなる。

図１２は、第１カメラ１４６および第２カメラ１４８それぞれの撮像領域を示す第２の模式図である。
視野２００の上端と視野２０２の下端の距離Ｅ２は７０．４５ｍｍとなる。レンズの倍率公差を考慮すると、測定可能なねじ軸Ｗの最大有効径は６５ｍｍとなる。このように、第１カメラ１４６の視野２００を横長型に設定し、第２カメラ１４８の視野２０２を縦長型に設定することで、単一のねじ軸撮像装置１４４により、有効径２８〜６５ｍｍまで幅広く対応できる。

［総括］
本実施形態に基づいて、測定装置１０４および複合加工機１００について説明した。
本実施形態によれば、加工環境からねじ軸Ｗの軸線の変位量を定量的に検出できる。ねじ軸Ｗの軸線の変位量を検出することにより、ねじ軸Ｗの回転軸がどのくらい安定しているか、冷却水やコンプレッサの振動など外部要因がどのくらいねじ軸Ｗに影響を及ぼしているかを認識できる。

図５に示したように、第１カメラ１４６および第２カメラ１４８は円筒形状にて長く延びる。本実施形態における第１カメラ１４６等は、レンズの光軸方向の長さがねじ軸Ｗの直径の２倍以上ある。第１カメラ１４６等は全体的に長細い形状となっているため、外部から伝わる振動による影響を受けやすい。この結果として、ねじ軸Ｗだけでなく、第１カメラ１４６等も外部からの振動により変位する可能性がある。測定装置１０４あるいは測定装置１０４による測定方法によれば、ねじ軸Ｗを複数の回転角について撮像した上で（図８、図９参照）、画像処理により座標調整をすることで、第１カメラ１４６等の変位にともなう誤差をキャンセルしやすくなる。

測定装置１０４は、ねじ軸Ｗを複合加工機１００に取り付けたままその有効径を測定できる。このとき、ねじ軸Ｗの変位量である差分値ｄを考慮することにより、より高精度にて有効径を測定できる。特に、有効径は１／１０００ｍｍの精度でのチェックが求められるため、ねじ軸Ｗの変位による誤差をキャンセルできる意味は大きい。また、第１カメラ１４６および第２カメラ１４８に対向する位置に第１照明装置１５０および第２照明装置１５２を設けることにより、外径検出部１７２は撮像画像からねじ軸Ｗの輪郭を画像認識しやすくなる。

更に、図１１、図１２に関連して説明したように、第１カメラ１４６および第２カメラ１４８それぞれの視野２００、２０２を横長形状と縦長形状に設定することにより、単一のねじ軸撮像装置１４４により幅広い有効径に対応することができる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

［変形例］
本実施形態においては、図８に示す撮像後、ねじ軸Ｗを１８０度回転させて、図９に示す撮像を行うとして説明した。回転前後の撮像時におけるねじ軸Ｗの外径位置のずれを検出するためには、回転角は１８０度である必要はない。たとえば、ねじ軸Ｗの上輪郭１８８の外径位置を検出したあと、ねじ軸Ｗを３６０度回転させ、そのときの上輪郭１８８の外径位置を検出することにより差分値ｄを検出してもよい。

図９においては、外径検出部１７２は上輪郭１８８の外径位置（Ｙ座標「ＹＬ３」）を検出し、回転前の上輪郭１８８の外径位置（Ｙ座標「ＹＬ１」）との差分値ｄを検出するとして説明した。変形例として、図９においても下画像１８６を取得し、下輪郭１９０の外径位置のＹ座標（「ＹＬ４」とする）を検出してもよい。軸線特定部１７４は、ＹＬ３とＹＬ４の中間を回転後の軸心のＹ座標ＹＣ２として特定する。差分検出部１７６は、回転前の軸心のＹ座標（ＹＣ１）と、回転後の軸心のＹ座標（ＹＣ２）を比較することにより、差分値ｄを計算してもよい。

撮像制御部１７０は、第１カメラ１４６および第２カメラ１４８の一方に撮像指示信号を送信するとしてもよい。たとえば、撮像制御部１７０は第１カメラ１４６に撮像指示信号を送信してもよい。第１カメラ１４６は、撮像指示信号を受信したとき撮像準備を開始するとともに、同期信号を第２カメラ１４８に送信する。第２カメラ１４８は、同期信号を受信したとき撮像準備を開始する。第１カメラ１４６が撮像指示信号を受信してから第２カメラ１４８が同期信号を受信するまでの時間差は、ねじ軸Ｗの振動周波数に比べると極めて短い。このため、第１カメラ１４６および第２カメラ１４８の双方により、ほぼ同じタイミングにて上画像１８４および下画像１８６（図８参照）を取得できる。

１００複合加工機、１０２加工機本体、１０４測定装置、１０６加工制御装置、１０８第１主軸台、１１０第２主軸台、１１２収容装置、１１４刃物台、１１６クイル、１１８工具主軸、１２０研削ユニット、１２２第１主軸、１２４第１チャック、１２６第２チャック、１２８第２主軸、１３０タレット、１３２振止ユニット、１３４心押軸、１３６心押軸、１３８把持爪、１４０把持爪、１４２ねじ溝研削砥石、１４４ねじ軸撮像装置、１４６第１カメラ、１４８第２カメラ、１５０第１照明装置、１５２第２照明装置、１５４外枠、１５６溝方向、１６０ユーザインタフェース処理部、１６２データ処理部、１６４データ格納部、１６６入力部、１６８出力部、１７０撮像制御部、１７２外径検出部、１７４軸線特定部、１７６差分検出部、１７８座標調整部、１８０有効径算出部、１８２駆動指示部、１８４上画像、１８６下画像、１８８上輪郭、１９０下輪郭、２００視野、２０２視野、ＴＭミーリング工具

Claims

ボールねじのねじ軸の、前記ねじ軸の回転軸に垂直な第１の方向から所定角度傾斜した方向に沿って見た場合の円弧形状を含む上輪郭と、前記上輪郭の反対側の下輪郭を撮像する撮像制御部と、
前記ねじ軸の撮像画像において、前記ねじ軸の外径位置を検出する外径検出部と、
上輪郭を対象とする撮像画像における前記ねじ軸の外径位置と、下輪郭を対象とする撮像画像における前記ねじ軸の外径位置に基づいて、前記ねじ軸の軸線位置を特定する軸線特定部と、
前記ねじ軸の回転角が第１の回転角に設定されるときに特定される第１の軸線位置と、前記ねじ軸の回転角が第１の回転角とは異なる第２の回転角に設定されるときに特定される第２の軸線位置との差分値を算出する差分算出部と、を備える、測定装置。
前記第２の回転角は、前記第１の回転角から更に半回転させたときの回転角であり、
前記第２の回転角に設定されているときの前記ねじ軸における上輪郭の撮像画像を反転させ、前記反転した撮像画像の座標系を前記検出された差分値に応じて調整する座標調整部と、
前記第１の回転角に設定されているときの前記ねじ軸における上輪郭の撮像画像と、座標調整後の前記反転した撮像画像に基づいて、前記ねじ軸の有効径を算出する有効径算出部と、を更に備える、請求項１に記載の測定装置。
前記撮像制御部は、第１のカメラと、前記第１の方向と前記回転軸とに直交するする方向に並んで設けられた第２のカメラと、により、前記ねじ軸における上輪郭および下輪郭それぞれを撮像する、請求項１または２に記載の測定装置。
前記撮像制御部は、前記第１のカメラおよび前記第２のカメラの撮像方向の逆方向から前記ねじ軸を照明した状態で、前記ねじ軸を撮像する、請求項３に記載の測定装置。
ボールねじのねじ軸の、前記ねじ軸の回転軸に垂直な第１の方向から所定角度傾斜した方向に沿って見た場合の円弧形状を含む上輪郭と、前記上輪郭の反対側の下輪郭を撮像するステップと、
前記ねじ軸の撮像画像において、前記ねじ軸の外径位置を検出するステップと、
上輪郭を対象とする撮像画像における前記ねじ軸の外径位置と、下輪郭を対象とする撮像画像における前記ねじ軸の外径位置に基づいて、前記ねじ軸の軸線位置を特定するステップと、
前記ねじ軸の回転角が第１の回転角に設定されるときに特定される第１の軸線位置と、前記ねじ軸の回転角が第１の回転角とは異なる第２の回転角に設定されるときに特定される第２の軸線位置との差分値を算出するステップと、を実行するねじ軸の測定方法。