JP7276807B2

JP7276807B2 - 検査マスタ

Info

Publication number: JP7276807B2
Application number: JP2019004987A
Authority: JP
Inventors: 進浅沼
Original assignee: Asanuma Giken Co Ltd
Current assignee: Asanuma Giken Co Ltd
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2023-05-18
Anticipated expiration: 2038-10-23
Also published as: JP2020067447A

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軸）、前後（Ｙ軸）、上下（Ｚ軸）の３軸に、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、２）。

本件出願人が先に開発した検査マスタＡは、図１８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（鍔付ブッシュ）Ｄ１が４個設けられ、周面Ｅに鍔付ブッシュＤ２が４列、各列２個ずつ設けられている。上面Ｃの鍔付ブッシュ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Ｅの鍔付ブッシュ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１９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１８の検査マスタＡを用いて、図１９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１９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、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１８の検査マスタＡの上面Ｃの鍔付ブッシュ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、鍔付ブッシュ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、中空状のマスタ本体の上面に斜め上方開口の上面斜め基準部を設けたものである。上面には上面斜め基準部と縦向き開口の上面縦基準部の双方を設けることもできる。上面斜め基準部も上面縦基準部も上面に二以上設けることができる。マスタ本体の周面に横向き開口の周面横基準部を設けることもできる。周面横基準部は周面の周方向に数列設け、各列に二以上設けることができる。周面には周面斜め基準部を設けることもできる。前記上面には基準球を設けることもできる。基準球は上面の中心部に設けることもできる。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求めるためのものである。５軸測定時に傾斜させたマスタ本体の傾斜角は、マスタ本体傾斜時の基準球の中心座標と、マスタ本体垂直時の基準球の中心座標との差から求めることができる。

本発明の検査マスタは次の効果がある。
（１）マスタ本体の周面に周面横基準部があるため、その周面横基準部を使用して、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）マスタ本体の上面に上面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。マスタ本体の周面に周面斜め基準部を設けた場合は、その周面斜め基準部を使用して５軸加工機の５軸精度測定をすることもできる。
（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ができる。

（ａ）は本発明の検査マスタの第一の例の斜視図、（ｂ）は基準球を直付けした場合の説明図、（ｃ）は基準球を軸の上に取り付けた場合の説明図。図１の平面図。（ａ）は図１（ａ）のｃ－ｃ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。（ａ）は図１（ａ）のｄ－ｄ断面図、（ｂ）はマスタ本体底面の他例を示す断面図。本発明の検査マスタの第二の例の斜視図。図５の平面図。図５のｃ－ｃ断面図。図５のｄ－ｄ断面図。本発明の検査マスタの第三の例の斜視図。図９の平面図。図９のｃ－ｃ断面図。図９のｄ－ｄ断面図。本発明の検査マスタの第四の例の斜視図。図１３の平面図。図１３のｃ－ｃ断面図。図１３のｄ－ｄ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。本件出願人が先に開発した検査マスタの説明図。図１８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。

本発明の検査マスタ１の各種実施形態と使用例を、図面を参照して以下に説明する。

（検査マスタの実施形態１）
本発明の検査マスタ１の第一の例として図１（ａ）、図２、図３、図４（ａ）に示すものは、中空筒状のマスタ本体２の上面３の４箇所に斜め開口の上面斜め基準部３０が４個あり、マスタ本体２の側面（周面）５の周方向４箇所に横向き開口の周面横基準部６が４列あり、マスタ本体２の上面３の中心に基準球２０がある。上面斜め基準部３０の数は一以上の任意数、周面横基準部６の列は二列以上の任意数、各列の周面横基準部６の数は一以上の任意数とすることができる。４列の周面横基準部６はマスタ本体２の周面５の周方向に９０度間隔で設けてあるが、その間隔はそれ以外であってもよい。

（検査マスタの実施形態２）
本発明の検査マスタ１の第二の例として図５～図８に示すものは、中空筒状のマスタ本体２の上面３の４箇所に斜め開口の上面斜め基準部３０が４個あり、それら上面斜め基準部３０の間に縦向き開口の上面縦基準部４が４個あり、マスタ本体２の側面（周面）５の周方向４箇所に横向き開口の周面横基準部６が４列あり、マスタ本体２の上面３の中心に基準球２０がある。上面斜め基準部３０、上面縦基準部４の数は一以上の任意数、周面横基準部６は二列以上の任意数、各列の周面横基準部６の数は一以上の任意数とすることができる。

（検査マスタの実施形態３）
本発明の検査マスタ１の第三の例として図９～図１２に示すものは、中空筒状のマスタ本体２の上面３に４個の上面斜め基準部３０があり、マスタ本体２の側面（周面）５の周方向に横向き開口の周面横基準部６が４列あり、それら４列の周面横基準部６の間に斜め上方開口の周面斜め基準部７が４列あり、マスタ本体２の上面３の中心に基準球２０がある。各列の周面横基準部６も周面斜め基準部７も２個ずつあるが、それらの数はそれ以外であってもよい。

（検査マスタの実施形態４）
本発明の検査マスタ１の第四の例として図１３～図１６に示すものは、中空筒状のマスタ本体２の上面３に４個の上面斜め基準部３０があり、それら上面斜め基準部３０の間に縦向き開口の上面縦基準部４が４個あり、マスタ本体２の側面（周面）５の周方向に横向き開口の周面横基準部６が４列あり、それら４列の周面横基準部６の間に斜め上方開口の周面斜め基準部７が４列あり、マスタ本体２の上面３の中心に基準球２０がある。各列の周面横基準部６も周面斜め基準部７も２個ずつであるが、それらの数はそれ以外であってもよい。

［マスタ本体］
前記実施形態１～４のいずれのマスタ本体２も、図１のように上面３と側面（周面）５があり、図３、図４（ａ）のように底面３１が開口しており、内部が空洞の中空筒状（中空箱形）である。底面３１は図４（ｂ）のように閉塞しており、中心部に止め孔３２が開口されているものであってもよい。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。

［取付け孔］
図１（ａ）、図２、図３、図４（ａ）のマスタ本体２には鍔付ブッシュ１７（図３（ｂ））を挿入固定するための取付け孔が開口されている。上面３に上面斜め取付け孔３３（図４（ａ））が外向き斜めに、周面５に周面取付け孔９（図３（ａ）（ｂ））が横向きに開口されている。鍔付ブッシュ１７（図３（ｂ））は筒状の差込み部１７ａの先端に鍔１７ｂがある。

図５～図８のマスタ本体２では、上面３に上面斜め取付け孔３３（図８）が外向き斜めに、上面取付け孔８（図７）が縦向きに開口され、周面５に周面取付け孔９（図７）が横向きに開口されている。

図９～図１２のマスタ本体２では、上面３に上面斜め取付け孔３３（図１２）が外向き斜めに開口され、周面５に周面取付け孔９（図１１）が横向きに、周面斜め取付け孔１０（図１２）が外向き斜めに開口されている。

図１３～図１６のマスタ本体２では、上面３に上面斜め取付け孔３３（図１６）が外向き斜めに開口され、上面取付け孔８（図１５）が縦向きに開口されており、周面５に周面取付け孔９（図１５）が横向きに、周面斜め取付け孔１０（図１６）が外向き斜めに開口されている。

［上面斜め基準部］
マスタ本体２の上面斜め基準部３０はいずれも同じ形状であり、マスタ本体２の上面斜め取付け孔３３内に鍔付ブッシュ１７（図３（ｂ））を差し込んで固定し、鍔付ブッシュ１７の貫通孔１７ｃを斜め基準孔３４（図４）とし、鍔付ブッシュ１７の鍔１７ｂ（図３（ｂ））の表面を斜め測定基準面３５（図４）としてある。斜め基準孔３４はマスタ本体２の中心軸線Ｗ－Ｗ（図４（ａ））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３４の内周面も斜め測定基準面３５の表面も平滑に仕上げられている。斜め基準孔３４とマスタ本体２の中心軸線Ｗ－Ｗ（図４（ａ））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。

［上面縦基準部］
マスタ本体２の上面３の４個の上面縦基準部４は同じ形状であり、マスタ本体２の上面３の中心の周囲に９０度間隔で配置固定されている。各上面縦基準部４はマスタ本体２の上面取付け孔８（図７）に鍔付ブッシュ１７を差し込んで固定してあり、鍔付ブッシュ１７の貫通孔１７ｃ（図３（ｂ））を縦基準孔１２とし、鍔付ブッシュ１７の鍔１７ｂ（（図３（ｂ））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７）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。上面縦基準部４の個数、間隔は任意に設計することができる。

［周面横基準部］
マスタ本体２の周面５の４列、各列２個の周面横基準部６（図３（ａ））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１７（図３（ｂ））を差し込んで固定し、鍔付ブッシュ１７の貫通孔１７ｃ（図３（ｂ））を横基準孔１５とし、鍔付ブッシュ１７の鍔１７ｂ（図３（ｂ））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。各列の周面横基準部６は４列、各列２個ずつ間隔をあけて設けてある（図１（ａ）、図２）が、周面横基準部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。

［周面斜め基準部］
マスタ本体２の周面５の４列、各列２個の周面斜め基準部７（図９）がある。それら周面斜め基準部７は同じ形状であり、マスタ本体２の周面斜め取付け孔１０（図１２）内に鍔付ブッシュ１７（図３（ｂ））を差し込んで固定し、鍔付ブッシュ１７の貫通孔１７ｃ（図３（ｂ））を斜め基準孔１８とし、鍔付ブッシュ１７の鍔１７ｂ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１２）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。各列の周面斜め基準部７は４列、各列２個ずつ設けてある（図９、図１０）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１２）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１７には既存の鍔付ブッシュを使用することも、新規な鍔付ブッシュを使用することもできる。鍔付ブッシュ１７には、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１７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］
各付け孔への鍔付ブッシュ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１７を別に形成し、それら鍔付ブッシュ１７を上面取付け孔８、周面取付け孔９、周面斜め取付け孔１０、上面斜め取付け孔３３の各取付け孔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の中心の基準球２０は、図１（ｂ）のようにマスタ本体２の上面３に直付けすることも、図１（ｃ）のように軸２２によりマスタ本体２の上面３から上方に突出させて取り付けることもできる。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図１７（ａ）のように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、検査マスタの上面縦基準部４、周面横基準部６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（図１７（ａ））をセットし、５軸加工機の回転又は旋回或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２１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旋回、或いは回転及び旋回させて、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（図１７（ａ））。

傾斜させた状態で、本発明の検査マスタ１の周面斜め基準部７と上面斜め基準部３０のいずれかの斜め基準孔１８（３４）の内周面や斜め測定基準面１９（３５）に測定プローブ２１を接触させて、それら接触箇所の平滑度や傾斜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、測定プローブ２１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１７（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基準球２０の中心座標とすることができる。基準座標値を求める場合も、前記の場合と同様に、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の中心座標を求める。周面斜め基準部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２１を周面斜め基準部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。上面斜め基準部３０の斜め基準孔３４又は斜め測定基準面３５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。

上面縦基準部４、上面斜め基準部３０、周面横基準部６、周面斜め基準部７の設置数、設置箇所等は任意に設計することができる。例えば、測定可能であれば、上面斜め基準部３０はマスタ本体２の外周方向を向く外向き傾斜ではなく、マスタ本体２の中心側を向き内向き傾斜であってもよい。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上面縦基準部
５（マスタ本体の）周面
６周面横基準部
７周面斜め基準部
８上面取付け孔
９周面取付け孔
１０周面斜め取付け孔
１２縦基準孔
１３上測定基準面
１５横基準孔
１６横測定基準面
１７鍔付ブッシュ
１７ａ（鍔付ブッシュの）差込み部
１７ｂ（鍔付ブッシュの）鍔
１７ｃ（鍔付ブッシュの）貫通孔
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
３０上面斜め基準部
３１底面
３２止め孔
３３上面斜め取付け孔
３４斜め基準孔
３５斜め測定基準面
Ａ検査マスタ
Ｂマスタ本体
Ｃ（マスタ本体の）上面
Ｄ１鍔付ブッシュ
Ｄ２鍔付ブッシュ
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

周面と上面を備えた中空状の検査マスタにおいて、
マスタ本体の上面に、斜め上方開口の上面斜め基準部がある、
ことを特徴とする検査マスタ。
周面と上面を備えた中空状の検査マスタにおいて、
マスタ本体の上面に、斜め上方開口の上面斜め基準部とマスタ本体の傾斜角検知用の基準球の双方がある、
ことを特徴とする検査マスタ。
請求項１又は請求項２記載の検査マスタにおいて、
マスタ本体の上面に、縦向き開口の上面縦基準部がある、
ことを特徴とする検査マスタ。
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、
上面斜め基準部が、マスタ本体の上面に開口された斜め上向きの上面斜め取付け孔に、鍔付ブッシュが挿入固定されたものであり、
上面縦基準部が、前記上面に開口された縦向きの上面取付け孔に、鍔付ブッシュが挿入固定されたものであり、
周面横基準部が、マスタ本体の周面に開口された横向きの周面取付け孔に、鍔付ブッシュが挿入固定されたものであり、
周面斜め基準部が、前記周面に開口された斜め上向きの周面斜め取付け孔に、鍔付ブッシュが挿入固定されたものであり、
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。
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、
マスタ本体は円筒状又は角形筒状又は多角形の筒状である、
ことを特徴とする検査マスタ。