JPH04120406A - ワークの形状測定装置 - 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、例えば蒸気タービンのロータを測定対象物と
して、工作機械（ＮＧ旋盤など）の上で加工されたワー
クの加工部（例えばロータのラビリンス溝）の形状２寸
法を光学式に測定するワークの形状測定装置に関する。

〔従来の技術〕

頭記した蒸気タービンロータのように大形９重量物のワ
ークは、運搬の手間を考慮すると、ワークを工作機械に
取付けたままの状態で機械加工された部分の形状１寸法
が設計で指示された通りであるか否かを測定できること
が望ましい。

そこで、従来ではワークを工作機械に取付けたままの状
態で、機械加工後に測定プローブをワークの表面に沿っ
て当接移動し、ワーク上に加工された凹凸部の始端、終
端位置を測定してそのデータ記録する、あるいは特に測
定プローブが使用できない微小な加工部については作業
員がマイクロメータ、ノギスなどの測定具を用いて手作
業により測定しているのが現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記のように測定プローブで直接ワークの表
面をなぞる測定方式では測定精度の面で難点がある。す
なわち、最も小さな測定プローブでも先端検出部は直径
で１〜数■あり、例えば蒸気タービンロータに加工を施
したラビリンス溝のように溝幅が数−以下である場合に
は、溝幅を正確に測定することができない。しかも溝の
始端。

終端では測定プローブの当たる溝壁の向きが異なるため
プローブの先端径を考慮して測定データを修正しなけれ
ばならないなど、その測定作業、データ整理には手間が
かかる。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、従来
より実施されている前記測定方式の欠点を解消し、最近
になりＦＡ分野などで活用されている光学式変位計を応
用してワークの加工部形状。

寸法を精度よく測定できるようにしたワークの形状測定
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明の測定装置は、ワー
クの表面に沿って光ビームを走査するように工作機械の
刃物台に搭載した投光１受光素子との組合わせからなる
光学検出部と、刃物台の送り置を連続的に計測する移動
距離測定部と、ワークの形状データを記録するデータ記
録部と、前記各部を連係した信号処理部とからなり、光
ビームの走査過程でワークの凹凸部に応じて変化する受
光素子の出力信号を基に、前記信号処理部がワーク凹凸
部の始端、終端位置に対応する移動距離測定部の計測値
をホールドし、その計測値を形状データとして記録部へ
出力して記録するよう構成するものとする。

〔作用〕

上記の構成において、光学検出部の受光素子は、受光量
に応じた出力電圧が変化する例えばフォトトランジスタ
、半導体装置検出素子（ＰＳＤ）などであり、ワークの
表面に定めた基準面に光ビームを照射した状態で受光素
子に入射する反射受光量が最大となるように光学系を初
期設定しておく。

したがって工作機械の刃物台と一緒に光学検出部をワー
クに沿って移動し、この過程でワークの表面を走査する
光ビームがワーク側の凹凸部分に差し掛かると受光素子
に入射する反射光スポットの位置が初期設定状態よりず
れて受光素子の出力電圧が減少するように変化する。

また、光学検出部の移動距離は、工作機械の刃物台に送
りをかける駆動モータに取付けたロータリエンコーダ、
あるいは刃物台の移動経路に敷設したマグネスケールな
どの位置センサの出力を基にして移動距離測定部で連続
的に計測し、その計測値を信号処理部に出力する。

一方、信号処理部では比較器などで受光素子の出力電圧
に対してあらかじめ閾値（ゲート電圧）を設定しておき
、ここで受光素子から取り込んだ出力電圧が前記の閾値
以下になった条件で移動距離測定部から与えられたその
時の移動距離の計測値をホールドし、その値をワークの
形状データとして記録部に送り出す、また、記録部では
前記データを記憶部、ないし補助記憶媒体に書込み、か
つ必要時にプリンタへ出力して検査用紙に印字する。

これにより工作機械にワークを取付けたままの状態で、
ワークに施した加工部の形状１寸法を非接触式に精度よ
く自動測定できる。なお、前記記録部を含めて測定装置
の一連の操作、制御をコンピュータを利用して行うこと
が可能である。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

なお、図示例は蒸気タービンのロータを測定対象物とし
て、そのロータ軸上の周面に加工されたラビリンス溝の
形状１寸法を測定する場合を例示したものである。

第１図は測定装置の構成を示すものであり、図において
、ｌは図示されてないＮＣ旋盤などに取付けたワーク（
タービンロータ）、１ａは機械加工によりワーク１の周
面に切削形成された凹状の加工溝（ラビリンス溝）、２
は投光素子２ａ、投光レンズ２ｂ、受光素子２ｃ＋受光
レンズ２ｄを組合わせて光学系を構成した光学検出部、
３は光学検出部２を搭載した工作機械の刃物台、３ａは
刃物台３の送りねじ、４はワークｌの長手方向に沿って
刃物台３に送りをかける駆動モータ、５は駆動モータ４
に取付けて刃物台３の移動位置を検出するロータリエン
コーダなどの位置センサ、６は位置センサ５の出力信号
を基に刃物台の基準位！からの移動量を計測する移動距
離測定部、７は信号処理部、８は加工部の形状１寸法デ
ータを記憶する記録部、９は測定装置を所定の手順に制
御するコントローラ（例えばコンピュータを利用する）
である、なお、１０は記録部８に対応させる補助記憶媒
体、１１はプリンタである。

ここで、前記の受光素子２ｄは受光量に応じて出力電圧
が変化する光電変換素子、例えばフォトトランジスタ、
半導体装置検出素子（ＰＳＤ）である、また、信号処理
部７は光学検出部２の受光素子２ｃから取り込んだ出力
電圧に対してコントローラ９にて設定したゲート電圧と
比較する比較器。

およびスイッチ素子、および移動距離測定部６から取り
込んだ刃物台３の移動距離計測値を前記比較器の出力に
対応じてホールドするホールド回路などを備えて構成さ
れている。

次に上記装置による測定方法を説明する。まず、ワーク
１の表面に基準面（ここではロータ軸の外周面を基準面
とする）を定め、この基準面に向けて投光素子２ａから
出射した光ビームを照射した際に受光素子２ｃの受光量
が最大となるように光学検出部２の光学系を初期設定し
ておく、そして光学検出部２から出射する光ビームが測
定を開始するワーク１の基準点Ｐ０に照射されるように
光学検出部２．つまり刃物台３の位置をセットし、ここ
からコントローラ９の指令により刃物台３を左側へ移動
し、ワークｌの表面に沿って光ビームを走査する。また
、刃物台３の送り移動量は位置センサ５を介して移動距
離測定部６で連続的に計測され、その計測値か信号処理
部７に与えられる。

かかる光ビームの走査過程で、最初の加工溝１ａの始端
位置に対応する立ち下がりエツジ　（基準点Ｐ０からの
移動距離はＰ、）に差し掛かると、光ビームはワークエ
の基準面から溝１８の底部を照射するように変わるため
に光ビームの反射光路は実線位置から鎖線位置に偏倚し
、これにより反射光スポットが受光素子２ｄの受光面か
らはみ出すか、ないしは外れるようなる。その結果とし
て受光素子２ｄの出力電圧が信号処理部７で設定したゲ
ート電圧より低くなるとともに、同時に信号処理部７で
は、受光素子２ｄの出力電圧がゲート電圧以下になった
条件で移動路ｌＷ測定部６からその時点で取り込んだ移
動路Ｉｍｐ、をホールドし、その値を記録部８に送って
記録する。続く光学検出部２の左方向への移動過程で、
光ビームが二つ目の加工溝１ａの始端位置（Ｐ、）に達
すると、再び前記と同様に受光素子２ｄの出力電圧がゲ
ート電圧以下となり、その時の移動路ｌＩ！Ｐｔをホー
ルドして記録部８で記録する。

このような測定動作を繰り返し行い、光学検出部２がワ
ークｌの加工部領域を通過し終えると、次に刃物台３の
移動を反転して右方向へ移動しつつ、この移動過程で前
記と同様に各加工溝１ｃの立ち下がりエツジの位置Ｐｓ
、Ｐａ　（基準点Ｐ０から見た各加工溝１８の終端位置
）を読み取ってそのデータを記録部で記録する。

一方、記録部８では、前記したワークＩの測定基準点Ｐ
０、および各加工溝１ａの始端、終端位置に対応する立
ち下がりエツジの位置Ｐ＋、Ｐｇ、　Ｐｓ、　Ｐａに相
当するデータをこの順に並べ変えて記憶部に書込み、か
つ必要に応じてデータを補助記憶媒体ＩＯへ出力するか
、あるいはプリンタ１１に出力して検査用紙に印字する
。また、前記の測定手順をフローチャートで表すと第２
図のごとくである。

なお、工作機械がＮＣ装置付きのものであれば、ＮＣ装
置の機能を利用して刃物台３の移動距離を測定すること
ができる。また、信号処理部７において、受光素子出力
電圧がゲート電圧を横切る方向（受光素子の出力電圧が
大から小に変化する場合、および小から大に変化する場
合）と併せて移動距離の計測値をホールドするようにす
れば、光学検出部２を一方向に移動するだけで、その走
査過程で各加工溝１８の始端、終端に対応する各位置・
Ｐ＋、Ｐｔ、Ｐ３＋　Ｐ４を連続的に測定できる。さら
に工作機械の種類によっては、光学検出部２を刃物大に
固定したまま、ワーク１を相対的に移動して測定を行う
ことも可能である。

〔発明の効果］ 本発明の測定装置は、以上説明したように構成されてい
るので、次記の効果を奏する。

（１）被測定物であるワークを工作機械に取付けたまま
の状態で、ワークの加工部形状１寸法を自動かつ非接触
式に精度よく測定でき、かつその測定データを必要時に
プリントアウトして検査記録を帳票として作成でき、測
定プローブ２　マイクロメータなどを用いて行う従来の
測定方式と比べて測定作業を測定ミス、記録ミスなしに
能率よく進めることができる。

（２）また、加工部の測定データは記録部で適宜に処理
できるので、例えば互いに組合わされる相手側ワークの
測定データと突き合わせることにより、現物で仮組立て
することなしにワーク間の組立状態をシミュレートする
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成図、第２図はフローチャー
トで表した測定手順の説明図である０図に８いて、 １：ワーク、１ａ：加工溝、２：光学検出部、２ａ：投
光素子、２ｃ：受光素子、３：刃物台、４：刃物台駆動
モータ、 ５：位置センサ、 移動路Ｉｌｌ渕 足部、 ７　： 信号処理部、 記録部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）工作機械の上でワークの凹凸状加工部の形状、寸法
   を計測する測定装置であって、ワークの表面に沿って光
   ビームを走査するように工作機械の刃物台に搭載した投
   光、受光素子との組合わせからなる光学検出部と、刃物
   台の送り量を連続的に計測する移動距離測定部と、ワー
   クの形状データを記録するデータ記録部と、信号処理部
   とからなり、光ビームの走査過程でワークの凹凸に応じ
   て変化する受光素子の出力信号を基に、前記信号処理部
   がワーク凹凸部の始端、終端位置に対応する移動距離測
   定部の計測値をホールドし、その計測値を形状データと
   して記録部へ出力して記録することを特徴とするワーク
   の形状測定装置。