JPH0152798B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機械加工された加工物各部の寸法、真
円度、真直度、（面粗度）等を計測する系におけ
る信号伝達装置に係り、特に回転駆動される測定
用の検出ヘツドへの指令信号と同ヘツドからの測
定データ信号とを共にその内部にて扱うことの可
能な測定信号の伝達装置に関する。

従来機械加工の施された工作物（以下加工物品
と称す）各部の寸法、形状などを測定するにはそ
の加工物品を測定専用の定盤上に載置して測定者
が測定用器具や治具を用いて必要な測定を行い寸
法等のデータを得るようにしている。

しかし乍ら機械加工作業が無人運転で遂行され
るが如き加工システムにおいて、今１つの加工物
品に注目した場合○イ機械加工が全て終了してから
測定をするというのではなく、その加工物品に対
する全ての加工が終了する前の段階である種の加
工寸法を測定し記録しておくことが要求されるこ
ともある。

このような場合には加工物品をその測定作業の
後、次の残る加工領域へ搬送させなければならな
いことを考えると前述した測定作業者による定盤
上での測定作業といつた方法では加工物品の着
脱、移動などの点で作業効率も低下し、測定精度
のバラツキも生じやすい。したがつてインプロセ
ス計測といつた技術用語にも表わされるように一
連の機械的加工作業の途上でその加工物品に対す
る計測作業を自動的に遂行せしめることの可能な
計測ユニツト装置を機械加工ユニツトの駆動方式
と関連づけるやり方がとくに無人運転の機械加工
システムにとつて必要である。

このような考え方はすでに軸ものの旋削加工、
研削加工等において種々の方式により実現されて
いる。

一方加工物品のうちでも歯車箱本体とかバルブ
本体のように平面上における加工（フライス加
工）や穴明加工（中ぐり）などを伴うものさらに
加工面が複数個ある場合などのような加工物品に
おいては加工の種類が多くありそのため測定の種
類あるいは項目は非常に多岐にわたることにな
る。

従つてこうした加工物品に対しては加工用機械
の一部へ補助的に測定装置を付加するような前述
の方式（旋盤や研削盤の場合）では測定の多様さ
の点で前述した自動計測を遂行するのには構造上
も無理がありどうしても測定専用の計測ユニツト
装置を設ける必要が生じる。ところでこうした計
測ユニツト装置においては加工された穴の内周面
を測定するとかの如く測定用検出素子を回転駆動
せしめる必要があり従つて回転駆動機構を介して
前記検出素子が測定軸に支承されるように構成さ
れる必要がある。

本発明は上述の如く回転機構を介して測定用検
出素子をその先端に取付けた検出ヘツドを装着す
るようにした測定軸を有する計測ユニツト装置に
おいて前記検出素子を含む検出用ヘツドと同ユニ
ツト装置との間の設定信号（測定の指令信号およ
び測定されたデータ信号の両方を含む）用の信号
伝達装置に関するものである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明による計測ユニツト装置の平面
配置図であつて以下同図を説明する。

１１は計測ユニツト装置の本体であつて、ベツ
ド１２上面に形成された案内１２Ａ，１２Ｂ上に
はサドル１３がＸ方向へ移動可能に載置されてい
る。さらに又サドル１３上面に形成された案内１
３Ａ，１３Ｂ上にはコラム１４がＹ方向へ移動可
能に載置され同コラム１４内のＺ方向（図の面と
垂直）に形成した案内（図示せず）に沿い、先端
部に検出ヘツド１５Ｂを装着した測定軸１５Ａを
有する測定頭１５がＺ方向に移動できるよう構成
されている。

２１はパレツトPLTに固定された加工物品Ｗ
を図示しない機械加工領域から前述した測定頭１
５近傍に位置付けせしめ同加工物品Ｗに対する各
種の計測作業を遂行せしめるべくパレツトPLT
の計測作業域への搬入・搬出路２１Ａを有するパ
レツト導入部であつてその１部分が示されてい
る。

３１は検出ヘツドの収納部であつて、同収納部
３１には計測作業において必要とされる種々の測
定項目に対応して使用される検出素子１５Ｃを取
付け固定した種々の検出ヘツド１５Ｂの１群が収
納される検出ヘツド収納棚３１Ａと、各検出ヘツ
ド１５Ｂの較正を行う較正スタンド３１Ｂと、較
正済みの検出ヘツド１５Ｂを測定に用いるため計
測ユニツト本体１１の中の測定軸１５Ａに装着あ
るいは又測定軸１５Ａ上の、すでに使用済みの検
出ヘツドを離脱せしめるべく動作する検出ヘツド
自動交換装置３１Ｃおよびこれら各３１Ａ，３１
Ｂ，３１Ｃに対し駆動および制御信号に関して直
接作用する制御部３１Ｄからなつている。

３４は第１図にその概略を示した計測ユニツト
の各装置を制御する計測ユニツト装置制御部であ
つてユニツト本体１１に対するコントローラ３
２、パレツトPLT導入部２１おけるパレツト
PLTの位置決め、回転割出し（図の位置でパレ
ツトPLTを所定角度だけ回転指令例えば90゜だけ
CW方向に回転するよう指令を出す場合に用いら
れる。）のためのコントローラ３３および前述し
た収納部３１中の制御部３１Ｄとそれぞれ接続さ
れている。計測ユニツト装置制御部３４にはさら
に破線で示した加工ユニツト側制御部３５からの
情報INF（Ｗ）が与えられる。この情報INF（Ｗ）
は加工物品Ｗが加工ユニツト装置（図示せず）領
域から計測ユニツト装置側へ導入される際に測定
対象としての加工物品Ｗを特定する情報は、測定
作業に関して必要な指令群が予じめ制御部３４に
ストアされている場合には単に加工物品Ｗを指示
するだけの内容であつてもよい。）である。コン
トローラ３２は、計測ユニツト本体１１中のサド
ル１３、コラム１４おび測定頭１５のそれぞれ
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向移動指令群をその測定内容に応
じて与えるようになつており、且つ又その測定さ
れたデータを受けとるようになつている。

又較正スタンド３１Ｂでは検出ヘツド自動交換
装置３１Ｃによつて新たに測定軸１５Ａ内装着さ
れた検出ヘツド１５Ｂが較正される。較正よつて
得たデータDACはラインＬ１，Ｌ２を介してコ
ントローラ３２に与えられ、後にその検出ヘツド
１５Ｂを用いて実際に測定して得られたデータ
DATと組合わされて加工物品Ｗについてある測
定項目に対応する真の測定値を得るようになつて
いる。

本発明の具体的な課題は上述した計測ユニツト
装置においてコントローラ３２とユニツト本体１
１中の測定軸１５Ａおよび検出ヘツド１５Ｂ間の
測定動作の遂行に伴う各種の信号群（指令信号、
測定されたデータ信号の経路となる信号の伝達装
置を提供することにある。

第２図は前述した信号伝達装置に関する１つの
具体化した実施例であつて、１０１は真円度測定
用の検出素子であつて、３つの電気マイクロメー
タが円周を等分配した位置を占めるように配置さ
れる。３２は第１図のコントローラ３２を示して
いる。１０２は第１図に示される測定軸１５Ａ内
の測定に係る各信号の伝達部全体を示している。
１０３は検出ヘツド１５Ｂ内の測定に係る各信号
の伝達部を示す。

１０４は測定軸１５Ａの非回転部材（固定部と
称す）にその外周部を構成している１次側１０４
−１を取付けられており、又内周部を構成してい
る２次側１０４−２は前記軸１５Ａの回転部材と
結合される検出ヘツド１５Ｂに取付けられてお
り、検出ヘツド１５Ｂが測定軸１５Ａに装着され
た状態でこれら１次、２次側は互いに対向して１
対の回転トランスを構成している。

１０５は無接触方式によるデイジイタル信号の
双方向伝達手段であつて１０５−１はロータリー
パルストランスであり、１０５−２は１対の光電
変換部である。

１０３−１はロータリパルストランス１０５−
１から与えられるある１つの測定項目に関する指
令を受けとる測定指令部であつて例えば検出素子
１０１から増幅器１０３−２へ与えられる検知出
力（アナログ量）をゲインＧ１（Ｇ１，Ｇ２，…
…Gi）によつて増幅器１０３−２で増幅させよ
うという場合にはゲインＧ１〜Giの中の１つを
選択的に指定するよう機能する。即ち１種のゲイ
ン調整手段として作用する。

１０３−３はＶ／Ｆコンバータであつて増幅器
１０３−２の出力電圧Ｖを周波数変調して周波数
Ｆのパルス信号に変換せしめる。

１０３−４は整流回路を有する電源部であつて
各部１０３−１，１０３−２，１０３−３へ電力
を供給する。

１０６は光電変換部１０５−２から与えられる
周波数Ｆなるパルス列をアナログ電圧Ｖに変換す
るＦ／Ｖコンバータである。

さらに３２−１はコントローラ３２と結合され
ており測定に係る指令データ信号をロータリパル
ストランス１０５−１へ与える送信部、３２−２
は送信部３２−１から送られた指令に応答して得
られる測定データをＦ／Ｖコンバータ１０６から
受ける受信部であつて受信された測定データはコ
ントローラ３２へ与えられるようになつている。
ここで送信部３２−１、受信部３２−２をコント
ローラ３２と区別したのは送信部３２−１が複数
の測定項目を一活してコントローラ３２から与え
られるようにしてもよいことを示さんがためであ
る。（そのとき受信部３２−２が一括してコント
ローラ３２へ測定されたデータを与えるようにし
てもよいし、その都度コントローラ３２へ送るよ
うにしてもよい） １０７は検出ヘツド１５Ｂの回転を伴う測定動
作を行わしめる際の測定軸回転駆動系を示してお
り同系１０７からは１回転信号あるいはさらに細
かな一定の回転角だけ測定軸が回転する毎に信号
が与えられる。この後者の信号を用いてその周波
数が安定した状態を判定して、これによつて測定
動作の開始（データのとり込み）指令とすること
ができる。

１０８はコントローラ３２から与えられる計測
ユニツト本体１１（第１図）の各軸方向駆動系を
示しており真直度のように検出ヘツド１５Ｂを回
転させないでデータ測定する場合とか又ある測定
項目から他の測定項目に移る場合、測定位置を変
える必要があるときに移動指令が与えられる。

第３図は本発明の実施に用いられる測定軸の構
成例であつて、測定軸筒２０１の左端部には回転
トランス２０２が配置されておりその外周側は同
トランスの１次側２０２−１であつて測定軸筒２
０１に固定して取付けられている。同トランスの
２次側２０２−２は検出ヘツド２０２後部外周に
固定して取付けられておりその出力は導線２０２
−３を介して検出ヘツド２０３の内部に接続され
ている。又２０２−４は１次側２０２−１の１次
巻線への導入部分を示しており図示しないがさら
に交流電源に接続されるようになつている。又測
定軸筒２０１の内周面には静圧軸受部材２０４，
２０６により回転自在に支承されている主軸筒２
０５が設けられており同主軸筒２０５の左方でテ
ーパー状に形成された開口部２０７には前記検出
ヘツド２０３のテーパシヤンクが密着されてい
る。２０１−１，２０１−２は静圧軸受部材２０
４，２０６のラジアル方向に関する圧縮エア供給
口である。

更に主軸筒２０５の内周側には前記検出ヘツド
２０３のテーパシヤンクを前述の開口部２０７の
テーパ面へ密着せしめるべくコレツトチヤツクを
形成しているところの部材２０８の先端部材２０
８Ａと検出ヘツド２０３のテーパシヤンク先端部
材２０３−２とが設けられ同図の状態ではコレツ
ト部材２０８の左方先端部２０８Ａがスプリング
２０９およびシールリング２１５及ナツト２１５
Ａを介して右方に引き寄せられており従つて先端
部材２０３−２を介して検出ヘツド２０３が開口
部２０７のテーパ面に密着されるよう常時スプリ
ング２０９によつて附勢されている。尚２０５Ａ
は部材２０８のストツパーである。２１０はオス
のソケツトであつて検出ヘツド２０３右端部に形
成したメスのソケツト部２０３−３に差し込れる
ようになつている。そして同ソケツト２０１から
の導線はコレツト部材２０８の中空部２０８Ｂを
通つて無接触信号伝達を行うパルストランス及び
フオトカプラからなる信号伝達部２１１の左端に
設けられている端子２１２に接続されている。

２１３はコレツト部材２０８のさらに内周部左
端に配置されたソケツト２１０の固定支持部材で
あつてスプリング２１４により部材２０８に対し
左方へ附勢されている。

主軸筒２０５の右端フランジ部２０５Ｂは部材
２１８Ａと共にスラスト軸受を構成しており圧縮
エア供給口２１８から圧縮エアが供給されるよう
になつている。

部材２１７はボルト２１７Ａにより主軸筒２０
５に結合されており又その内側にはパルストラン
ス２１１の回転側２１１Ａが収納されている。回
転可能な前記部材２１７の右側には回転力のみを
伝達する球面継手２２２が配され同継手２２２は
その右方に設けられている軸受２２４の外輪部材
２２３と結合されさらに同部材２２３の右端には
タイミングベルト２３０の巻掛けられたプーリ２
２５が取付けられており従つてベルト２３０の回
動に伴つてプーリ２２５が回動されるようになつ
ている。

又部材２１７と２２１の間には圧縮エアを連通
せしめる継手２２０が配置されている。又エア供
給口２２６から圧縮エアが供給されると同圧縮エ
アは外輪部材２２３外周と接するチヤンバ２２６
Ａに導びかれ同チヤンバの内周面の変形により前
記部材２２３の回転を阻止するようになつてい
る。

２１９は主フレーム体であつて測定軸筒２０１
をボルト２１９Ａにより結合すると共に軸２２７
を固定支持している。そしてパルストランス２１
１の固定側である２１１Ｂはその中心部が軸２２
７と結合されている。２２７Ａは固定側２１１Ｂ
と測定軸外部との信号線の通路となつている。又
は２２７Ｂはシリンダ２１６への圧縮エアの供給
路であつてコレツトチヤツクのアンクランプのと
き同エアが供給される。又さらに主フレーム体２
１９には回転信号２３１が取付けられており部材
２２３に取付けられた回転板２３２の通過により
測定軸の回転角に関し原点信号となる１回転信号
をとりだすようになつている。さらに主フレーム
体２１９から上方に伸びた取付板２３４の頂部に
は前記タイミングベルト２３０を回動せしめるた
めのモータ２３５が取付けられその回転は減速機
構２３６を介してプーリ２３８からベルト２３０
に伝えられる。２３７はモータの微少回転角に対
応してパルスを発するロータリエンコーダであ
る。

以上説明した第３図の構成によれば検出ヘツド
２０３の回転駆動はモータ２３５からベルト２３
０、部材２２３、継手２２２、部材２１７、を経
て主軸筒２０５によつて与えられるようになつて
いる。又検出ヘツド２０３を測定軸１５Ａから離
脱させるときは供給口２２７Ｃからシリンダ２１
６内に圧縮エアを与えてシールリング２１６を左
行せしめ先端部２０８Ａをテーパシヤンク先端部
材２０３−２との密着状態から放すようにする。
又検出ヘツド２０３を測定軸１５Ａに装着する際
には図示しない検出ヘツド装着アームが同ヘツド
チヤツク部２０３−１を把持しつつテーパ部へ挿
入せしめる。このとき２０８Ａは左方へ移動され
ている。

第４図は第３図の信号伝達部２１１を構成して
いるパルストランスと一対の光電変換器を示して
いる。同図において２１１−１，２１１−２はそ
れぞれ発光ダイオード、受光素子であつて発光ダ
イオード２１１−１は回転側の側フレーム２１１
−８に取付けられ、受光素子２１１−２は固定軸
２１１−５左端に取付けられている。

２１１ー３，２１１−４はそれぞれパルストラ
ンスを構成する１次側巻線、２次側巻線であつ
て、同巻線２１１−３は固定軸２１１−５に固定
して嵌合され、巻線２１１−４は外周フレーム２
１１−７の内周面に固定して嵌合されている。さ
らに軸受用外軸部材２１１−６も外周フレーム２
１１−７に固定取付けされている。

２１１−５Ａ，２１１−５Ｂはそれぞれ巻線２
１１−４，２１１−３の導線引出し路である。

第５図は第１図の較正スタンド３１Ｂに設けら
れている較正用基準治具であつて同図イは穴径用
治具、同図ロは軸径用治具であつて数種類の正確
な寸法をもつ穴径および軸径がそれぞれ階段状に
形成されている。尚図示しないが第３図の検出ヘ
ツド２０３が測定軸１０５Ａに装着される場合同
検出ヘツド２０３の測定軸１０５Ａに対する姿勢
は一定の状態に保持される必要があり、このため
主軸筒２０５の左端面には検出ヘツド２０３に取
付られたキーが一定の回転角度位置にて嵌合され
るようキー溝が形成されている。

以上説明した本発明による計測ユニツト装置で
用いられる信号伝達装置によれば検出ヘツド中に
一定の信号処理を行わしめる回路例えば可変ゲイ
ン増幅器を組み込んであり、その増幅度をパルス
トランスを介して外部からデイジイタル信号で指
定できるようなつており測定の精度を同じ検出ヘ
ツドを用いながら可変とすることが可能となつ
た。

さらに本発明においては検出ヘツドを測定軸に
装着した状態で較正動作を行わしめることができ
る。その際の較正動作のための指令信号も前記パ
ルストランスを介して検出ヘツドへ与えることが
可能となつた。又本来の測定及較正動作の際に検
出された信号を前記パルストランスの中心部に設
けた一対の光電変換器を介してとり出せるように
なつておりそれらが回転動作を伴う測定信号であ
つてもその測定中に信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施される計測ユニツト装置
の全体を示すブロツク図、第２図は本発明による
信号伝達装置の回路構成を示すブロツク図、第３
図は測定軸の内部詳細を示す縦断面図、第４図は
無接触方式の双方向信号伝達部の詳細図、第５図
イ，ロは穴径軸径用の較正用具の断面図である。 １１……計測ユニツト本体、１２……ベツド、
１３……サドル、１４……コラム、１５……測定
頭、１５−Ａ……測定軸、１５Ｂ……検出ヘツ
ド、１５Ｃ……検出素子、２１……パレツト導入
部、３１……検出ヘツド収納部、３１Ａ……検出
ヘツド収納棚、３１Ｂ……較正スタンド、３１Ｃ
……検出ヘツド自動交換装置、３１Ｄ……制御
部、３２，３３……コントローラ、３４……計測
ユニツト装置制御部、３５……加工ユニツト側制
御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定用検出素子を保持してこれを回転せしめ
   る回転機構を有する測定軸を備え、制御部からの
   指令にもとづいて前記検出素子を機械加工物品に
   対し相対運動せしめその形状、寸法等に関する情
   報を得るようにした計測ユニツト装置における前
   記制御部および検出素子間の信号伝達を行うもの
   において、 前記測定軸に着脱可能であつて前記検出素子を
   含む検出ヘツドと、 一次側が前記測定軸の固定部に、二次側が前記
   検出ヘツドにそれぞれ対向するように取付けてな
   り前記検出ヘツドに対し電力を供給するための１
   対の回転トランスと、 前記制御部に接続され前記検出ヘツドに対し測
   定用の指令を与える送信部と、 前記検出素子出力に対応する信号を前記検出ヘ
   ツドから受ける受信部と 一方を前記測定軸の固定部に、他方を同測定軸
   の回動部に取付けてなり前記送信部からの指令パ
   ルス信号を前記検出ヘツドに供給するためのロー
   タリパルストランスと、 前記検出ヘツドから与えられる周波数変調され
   た出力信号を無接触で前記測定軸の固定部側に伝
   達する１対の光学的信号伝達手段とからなり、 前記検出ヘツドにはさらに前記パルストランス
   を介して送信部から与えられる指令に応答して前
   記検出素子出力を増幅するための増幅器と、同増
   幅器のゲインを選択指定するゲイン調整手段と、
   同手段の指令値に対応した増幅器出力であるアナ
   ログ電圧信号に応じてこれを周波数変調せしめる
   Ｖ／Ｆ変換器とを備えてなることを特徴とする機
   械加工物品の計測における信号の伝達装置。