JPH01161156A - 回転運動精度の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は工作機械等における回転体の回転運動精度を測
定する方法に関ずろ。

〈従来の技術〉 近年、機械加工された部品への要求精度が急速に高まっ
ており、これに伴って工作機械自身にも高い精度が要求
されはしめている。

加工部品の精度に影響を及ぼず機械精度としては種々の
ものがあるが、非常に重要な要素の１つとして、主軸の
回転運動精度、つまり回転中の振れ回り精度がある。

そのため、高い回転運動精度を有する主軸を製作するこ
と、及び、回転運動精度を正しく評価する技術を確立す
ることが要望されている。

主軸の回転連動精度を測定するには、従来から各種の方
法が実行されている。その中で最も一般的に実行されて
いる方法を、第３図を参照して説明する。

第３図において、工作機械の主軸６の軸端に測定の基準
対象物として十分な精度を有する鋼球７を取付け、変位
検出Ｎ８を鋼球７どの隔たり量を測定するように、不動
の取付治具８ａ上に載置しである。測定としては、主軸
６の回転に伴って変位検出器８の測定値の変化を調べる
。鋼球７が十分な精度を有しているから、主軸６に振れ
回りがあると測定値を変化させる。従って変位検出器８
の測定値から主軸６の回転運動精度即ち振れ回り精度を
評価することができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 第３図に示した従来方法は、測定システムが比較的簡単
であるという利点を有しているが、下記■〜■の欠点が
ある。

■　高精度の鋼球７を主軸６の軸端に高精度に取付ける
必要がある。

■　従って、加工物や工具を取付けた実際の加工中には
主軸６の回転連動精度を測定することができない。

■　また、軸端を利用できない主軸の場合は、測定でき
ない。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み、鋼球等の基
準対象物を回転体に取付けることなく、実使用状態にお
いても回転体の回転運動精度を高精度に評価できる測定
方法を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明による回転運動精度の測定方法は、略円形の断面
を有する回転体の被測定面に対向させて、被測定面の表
面凹凸を測定する３個以上の検出器を、各検出器の検出
感度方向が同一平面上で且つ互いに所定の角度をなして
前記回転体の回転中心近傍で交わるように配置して固定
すること、 前記回転体の回転に伴って、前記各検出器により、回転
体の形状成分、回転体の回転連動精度成分、及び、回転
体の回転中心と前記被測定面の中心とのずれ成分を含む
測定値を一３＝ 得ること、 前記測定値から回転体の形状成分のみを含む第１の信号
と、回転体の形状成分及び回転運動精度成分を含む第２
の信号とを求めること、 並びに前記第１の信号及び第２の信号から回転体の回転
運動精度を評価することを特徴とする。

く作　　　用〉 上記構成において、表面凹凸を測定する検出器が３個以
上あるから、良く知られた演算処理を各検出器の測定値
に施すことにより、回転体の形状成分のみを含む第１の
信号を得ることができる。また、同しく良く知られた別
の演算処理により、回転体の形状成分と回転運動精度成
分を含む第２の信号を得ることができる。従って、第１
の信号を用いて第２の信号から回転体の形状成分を除去
することにより、回転運動精度成分のみを含む信号が得
られる。この場合、回転体の形状成分は除去されるから
、形状誤差の影響を受けず（こ回転運動精度を評価でき
る。つまり、鋼球のような高精度の基準対象物を高精度
に測定対象の回転軸、例えば主軸に取付けることなく、
回転軸自身を測定したり、あるいは加工物等を測定対象
の回転軸に装着したままの状態で加工物等を利用して、
回転軸の回転運動精度を把握することができる。

く実　施　例〉 本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図において、曲線４は回転体の被測定面における断
面形状を示し、曲線５は被測定面の中心０′を中心とす
る半径ｒ。の真円を示す。従って、曲線４と曲線５との
差分が被測定面での回転体の真円度形状誤差を表わす。

３つの変位検出器１，２．３は被測定面の表面凹凸を測
定するものであり、回転体の被測定面４に対向させて不
動の治具（図示省略）上に固定しである。各変位検出器
１，２．３の検出感度方向は、同一平面上で且つ角度ａ
とβをなして回転体の回転中心の近傍の点Ｏて交わるよ
うに配置しである。図中、角度ａ。

βば変位検出器１を基準にとっている。なお、第１図で
は一例として接触式の変位検出器の場合を示したが、非
接触式のものでも同様である。

第１図の測定系の下で、回転体即ち被測定面４を回転し
、変位検出器１，２，３により各々１回転にわたる表面
凹凸を検出する。

ここで、回転体が成る角度θ（θ−０〜２π）だけ回転
した時の、各変位検出器ｘ、２，３ての測定値をそオ］
それ ｙ、［θ）、ｙ２（θ）、ｙ、（θ） として考える。

また、曲線４即ち被測定面での回転体の断面形状を表わ
す関数ｈ（θ）を、点Ｏ′を原点として次式（１）のよ
うに表わして考える。

ｈ（θ）＝ｒｏ４４、Ｃ，−ｃｎｏ（ｊθ＋’／’、）
　　　　　式（１）今、測定中の成る瞬間の状態につい
て、例丸ば第１図に示すように回転中に被測定面４の中
心Ｏ′が点ＯからＧだけすねた状態について考えると、
各変位検出器１，２，３ての測定値ｙ、（θ）、ｙ２（
θ）、ｙ３（θ）は次式（２］　、　（３）　、　（４
）のようになってし）ろ。

ｙ工（θｌ−ｒ。＋、冬、Ｃ１・（９）（Ｊθ＋ψ、）
十Ｇ・（９）φ」−ｋ。

式２） ％式％（２ 式３） ｙ３［θ］−ｒ。＋ｊ　Ｃ，Ｃ５ｂ（、ｉ　（θ−β）
＋？、）＋Ｇ　媚φ−β）十に３式４） 各式（２）〜（４）において、右辺第１項及び第２項が
回転体の形状成分の項であり、第３項か回転運動精度成
分及び回転中心と被測定面４の中心０′とのすれ成分に
関する項である。なお、第４項Ｆ　ｋ、　、　Ｃ２，Ｃ
３）は変位検出器１゜２．３の取付位置及び電気的オフ
セットにより決まる定数である。

上記の回転体の１回転にわたって得られた測定値ｙ、（
θ）、ｙ２（θ）、ｙ３（θ）から、良く知られている
２種類の演算処理によって、 ■　回転体の被測定面の形状成分のみを含む第１の信号
と、 Ｏ回転体の被測定面の形状成分及び回転運動精度成分を
含む第２の信号 とを得ることができる。以下、原理説明は割愛するが、
２種類の演算処理の手順の概要を説明する。

［１］３点法真円度演算法による第１の信号の抽出 （ｉ）　　測定系の変位検出器間の角度α、βにによっ
て定まる定数ａ、ｂとして、 ａ　＝　−ｏ謙β／べｎ（α＋β） ｂ＝−一がｎα／ρＩｎ　（α＋β） を求める。

（１１）上記の定数ａ、ｂを用いて、３つの変位検出器
１，２，３での測定値ｙ１（θ）、ｙ２（θ）、ｙ３（
θ）を重みを付して加算した値ｙ（θ）として、 ｙ（θ）−＝　ｙ　、（θ）Ｈ−ａ・ｙ２（θｌ＋ｂ−
ｙ３（θ）を計算する。

０１１）被測定面４の１回転にわたって計算したｙ（θ
）（θ−０〜２π）を、フーリエ級数の和の形に変換し
、そのときの（９）２Ｃ１ｎ成分の係数Ｆ　、Ｇ　　（
ｊ＝２，３−）を求める。

（ｌψ　求めた係数Ｆ、Ｇを用いることにより、被測定
面４即ち回転体の形状成分ｈ（θ）即ち第１の信号が次
式（５）として求まる。

ｈ（θ）＝ｒｏ＋玉、、Ｕ（（Ｆ；　−ｃｎｏ６、−Ｇ
、・Ｃ１・δ、）−ｃｎｏｊｅ＋（Ｆ、・Ｃ１ｎδ、＋
Ｇ、・隨δ、）・ρ町θ）式５） ％式％ ］ ［２１半径法真円度演算法による第２のイ：号の抽出 一例として、変位検出器１ての測定値ｙ１（θ）を用い
る場合について説明する。

（１）　　ます、次式（６）　、　（７）　、　（８）
により値ｓ、ｔ。

Ｕを求める。

ｎ ５−−Σ　ｙ　（θ、）・（９）θ１　　　　　式（６
）％式％ ｔ−−Σ　ｙ、（θ、）・かｎθ、　　　　　式（７）
υ−−Σｙ、（θ、）　　　　　　　　式（８）（１１
）真円度形状ｇ、（θ）〆次式（９）で求まる。

ｇ、（θ］＝　ｙ　、（θ］−（ｓＣＭθ十仁ρｌｎθ
＋Ｕ）　式（９）ここて、形状ｇ、（θ）の中には、良
く知られているように、回転中心と被測定面の中心との
ずれ量に起因ずろ誤差は含まれないが、回転中心の振れ
回りによる誤差、即ち回転運動精度成分は補正されずに
残っている。

即ちｇ、（θ）は被測定面４の形状ｈ（θ）、及び、変
位検出器１の検出感度方向の被測定面の振れ回り成分を
含んだ信号である。

伯０　同様に上記ｆｉｌ、　（ｉ）の演算処理を他の変
位検出器２，３での測定値ｙ２（θ）、ｙ３（θ）につ
いても行うことにより、真円度形状ｇ２（θ）、ｇ３（
θ）が求まる。

但し、ｇ２（θ）は被測定面の形状ｈ（θ十α）、及び
、変位検出器２の検出感度方向の被測定面の振れ回り成
分を含んだ信号である。

また、ｇ３（θ）は被測定面の形状ｈ（θ−β）、及び
、変位検出器３の検出感度方向の被測定面の振れ回り成
分を含んだ信号である。

［３１回転運動精度の評価手順 上述した［１１の３点法真円度演算法によって得た第１
の信号、即ち被測定面の形状成分ｈ（θ）と、［２］の
半径法真円度演算法によって得た第２の信号、即ちｇ、
（θ］、　ｇ２（θ）、ｇ、（θ）−１１＝ とから、例えば以下に示す手順により被測定面の回転運
動精度を評価することができる。

（１）３点法真円度演算法により求めた第１の信号ｈ（
θ）から、それぞれｔａ１及び、−βだけ位相がずれた
信号ｈ（θ十〇）、及びｈ　（θ−β）を求める。これ
ら＋、ｉ前式（５）を計算する際に、θをθ十〇とし、
また、θをθ−βとして求めても良い。

（１１）　　次式（ｌｏｇ、　ＣＩＬＬ　ｆ１２１によ
り、信号ｇ工′（θ）ｐｇ２’（θ）、ｇ３′（θ）を
求める。

ｇ１′（θ）−ｇｌ（θ）−ｈ（θ）　　　　　式（１
０）ｇ２′（θ）＝ｇ２（θ）−ｈ（θ十ａ）　−式（
１１）ｇ、′（θ］−ｇ、（θ）　−ｈ　（θ−β）　
　式（１２）各信号ｇ１′（θｌ、　　ｇ２’（θ）、
ｇ３′（θ）はそれぞれ、変位検出器１の検出感度方向
の被測定面の振れ回り成分、変位検出器２′の検出感度
方向の被測定面の振れ回り成分、変位検出器３の検出感
度方向の被測定面の振れ回り成分を表わしている。

（Ｉｌθ　被測定面の振れ回り評価のため、例えば第２
図に示すＸ、Ｙ直角座標を基準座標系にとれば、回転角
θのときの被測定面の振れ回り量のＸ、Ｙ軸成分刈θ）
、Ｙ（θ）は次式（ｔａまたは（１４１で求まる。図中
、Ｙ軸は変位検出器１の検出感度方向としである。

（ａ）　　ｇ、’（θ）とｇ３′（θ）がら求める場合
（ｂ）　　ｇ　、　’（θ）とｇ２′（θ）から求める
場合なお、被測定面の振れ回り量Ｘ（θ）、Ｙ（θ）の
評価としては、削成（１３１，（＋４）いずれでも可能
であり、また、これらの平均値として評価することも可
能である。更に、変位検出器の他の組合せによる評価、
例えば変位検出器２，３での測定値がら得た信号ｇ２′
（θ）とｇ３′（θ）による評価ももちろん可能である
。

〈発明の効果〉 本発明によれば、測定対象物の形状誤差の影響を受けず
に回転運動精度を評価できるため、鋼球のような高精度
の基準対象物を高精度に測定対象の回転軸に取付けるこ
となく、回転軸自身を測定したり、あるいは加工物を測
定対象の回転軸に装着したままの状態で加工物を利用し
て、回転軸の回転運動精度を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す測定系の構成図、第２
図は振れ回り評価の説明図、第３図は従来技術の説明図
である。 図面中、１，２．３は変位検出器、４は回転体の被測定
面の断面形状を示す曲線、５は真円を示す曲線である。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 略円形の断面を有する回転体の被測定面に対向させて、
   被測定面の表面凹凸を測定する３個以上の検出器を、各
   検出器の検出感度方向が同一平面上で且つ互いに所定の
   角度をなして前記回転体の回転中心近傍で交わるように
   配置して固定すること、 前記回転体の回転に伴って、前記各検出器により、回転
   体の形状成分、回転体の回転運動精度成分、及び、回転
   体の回転中心と前記被測定面の中心とのずれ成分を含む
   測定値を得ること、前記測定値から回転体の形状成分の
   みを含む第１の信号と、回転体の形状成分及び回転運動
   精度成分を含む第２の信号とを求めること、並びに前記
   第１の信号及び第２の信号から回転体の回転運動精度を
   評価することを特徴とする回転運動精度の測定方法。