JPH0435841A - 工作機械 - 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］ 本発明は工作機械における被加工物の工作機械上での形
状測定機構、並びに、被加工物の形状修正手段に関する
。

［従来の技術］ 従来の装置は、豊田工機技報Ｖｏ１．３０．Ｎｎ１（１
９８９）ｐｐ３５−４２に記載のように、被加工物の形
状を加工機上で測定する手段として接触式の形状測定器
を用いていた。すなわち１回転主軸に被加工物を取り付
け、工具を直交する二軸をもつ運動テーブル上に取り付
け、被加工物を切削加工、または、研削加工し、加工拶
、主軸回転軸に垂直な軸に取り付けられた接触式形状測
定器が測定点まで移動して、さらに同測定器の触針が被
加工物に一定圧力で接触しながら回転主軸に垂直な面内
で先きの接触式測定器全体が取り付いている軸に直角な
方向に移動することにより被加工物の形状を測定してい
る。

この測定は、レンズ成形用金型のような凹面のプロファ
イルを高精度に測定する点に特徴があるが、テーパの付
いた軸状物などのような形状の絶対形状（プロファイル
と直径）を知ることはできない。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ 上記従来技術は、被加工物の相対的な形状精度を測定す
るものであり、絶対的な形状精度を知ることが出来ない
という問題があった。

本発明の目的は、被加工物の絶対的な形状精度を測定す
る装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために１回転主軸と直交する二軸の
運動テーブルをもつ工作機械の運動テーブル上にレーザ
光切断法を用いた被加工物の厚み測定機構と前記厚み測
定機構を光線面に平行な軸を中心として回転可能とし、
かつ、同軸主軸の回転軸に対してほぼ直交する面内に光
線が走る構造とし、前記厚み測定機構にデータ収録演算
機構を設けたものである。

また、被加工物の形状と目標形状との差を求めて修正加
工するために、データ収録演算機構と工作機械のＮＣ制
御機構とを電気的に結び付けて、前記厚み測定機構から
求まる被加工物の三次元形状と目標形状の三次元形状と
の差を求めてＮＧ工作機械に修正加工データを指示した
ものである。

さらに、レーザ光切断法の信号から被測定物の絶対形状
（プロファイルと直径）を求めるために一走査レーザ光
が最初に切断される位置と、再度、レーザ光が観察され
る位置を求め、それらは、被加工物の長平方向の座標位
置とを合わせて、二次元座標とすることにより、被加工
物のプロファイルと直径を求めたものである。

［作用］ レーザ光切断法を用いた被加工物の厚み測定機構は、微
小スポット径のレーザ光を厚み測定方向に偏向ミラーに
より査走し、同レーザ光が被加工物に遮蔽されるかされ
ないかによって被加工物の厚みを測定する。

その際、レーザ光が最初に被加工物に遮蔽される位Ｎ（
遮蔽開始位１）とレーザ光遮蔽終了位置とを記録し、こ
の位置を被加工物の長平方向（厚みを構成する面に垂直
な方向）の位置と結びつけて二次元座標とする。これに
より被加工物の外径と形状が求まる。なお、レーザ光の
走査位置は偏向ミラーの回転角として求まる。

この機構を用いて１回転対称物の外径と形状の測定が可
能である。ただし、測定系の光線面（レーザ光が査走す
る面）が回転対称軸と直交しない場合には正確な形状測
定とはならないので、レーザ光切断法を用いた厚み測定
機構に光線面に平行な＠および、光線面と直角な軸まわ
りに回転の自由度をもたせ、もっとも外径が小さくなる
位置を見い出し、測定精度を向上させる。また、レーザ
光切断法を用いた厚み測定機構は、工作機械の回転主軸
（被加工物が取り付く回転軸）の軸に平行に相対運動が
可能となるように取り付けられてあり、この動きにより
、被加工物の回転対称軸方向の外径形状および、レーザ
光遮蔽開始位置Ｚ工、遮蔽終了位ＮＺ、が求まり、相対
運動の座標値Ｘ□を組み合わせることで、被加工物の外
径形状の絶対形状ｆ　Ｍｌ＋　ｆＭＸが求まる。

上記の処理フローチャートを第４図にまとめて示す。

上記の測定は、工作機械上で被加工物を回転主軸にチャ
ックしたままの測定であるので、加工目標値に対する直
接的な形状誤差を与えるものであり、データ収録演算機
構と工作機械のＮＣ制御機構とを電気的に結びつけるこ
とにより、修正加工データをＮＣ制御機構に、直接、指
示できる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図、第２図、第３Ｖ！Ｊ
により説明する。

第１図ないし第３図は、特にＮＣ旋盤を用いて本発明を
実施した例であり、第１図は平面図、第２図は正面図、
第３図はレーザ光切断法を用いた測定機構の拡大図を示
したものである。

第１図において、被加工物３は１回転主軸４と心押し軸
５とにより回転振れなく固定され、ベツド上のガイドレ
ール８上を移動する往復台６上に設置しである刃物台７
に取り付けた工具（図示せず）により施削加工される。

この時、刃物の移動は、往復台の左右動（回転主軸に平
行な方向の移動）と刃物台の移動（回転主軸に直角な方
向の移動）との組合せで直交する二軸の運動機構をもち
、その制御はＮＣ制御＠１０により所定の運動となる。

この時の刃先形状が作る包絡線が被加工物に転写され、
被加工物が所定の形状となる。この時、被加工物の芯ブ
レ、刃物の運動精度、刃物の高さ精度、刃先の摩耗、外
部からの振動等によって被加工物の形状と目標とした三
次元形状との間に差が発生する。従来これを修正する目
的で接触式の形状測定器で、回転対称物の一母線形状を
測定する手段がとられていたが、これでは直径を含めた
三次元的な形状が求まらない。従来の方法は、主にプラ
スチックスモールドレンズ金型などのように回転中心を
必ず通り、形状プロファイルのみの測定には向いている
が１本実施例の第１図の円すいの一部のみの形状は形状
プロファイルのみでは意味を為さない、具体的には、形
状プロファイルが設計値通りでも太さの違うものが無数
に加工されてしまう欠点がある。また、−見、−ケ所で
直径を測定し、その点から形状プロファイルを測定すれ
ば良いように思われるが、直径が軸方向に変化する形状
で、直径測定点とプロファイル測定点を正確に一致させ
るのはきわめて困難である。

本発明によれば、第３図に拡大図を示すレーザ光切断法
を用いた厚み測定機構を第４図に示す処理フローチャー
ト用いて被加工物３の厚み（直径に相当する）を測定し
、同測定機構を工作機械の往復台６上に設置して、往復
台の移動により、各往復台の座標値と被加工物との直径
を連続して測定する。この時、厚み測定機構の設置誤差
を避けるため、厚み測定機構１の下部に１回転機構１３
ａ、１３ｂおよび２１を設け、測定厚みが最小となるよ
うに厚み測定機構を調節する。

また、刃物の刃先の位置と厚み測定機構との間の距離の
測定には、被加工物の一部に（１１品として使わない部
分が良い）溝加工を行い、その段差の座標を厚み測定機
構で測定する。

この実施例において、ＮＣ工作機械の往復台６、刃物台
７の位置決め精度は０．１μｍであり、また、厚み測定
機構１のレーザ光スポット径はφ１μｍ以下であり、厚
み測定精度は約１μｍであった。

この実施例で、形状測定データは、第１図に示すデータ
収録演算機構９に貯えられ、所定の処理プログラムによ
り、被加工物の三次元形状としてデータを再構成され、
目標形状との差が求められる。その後、データ収録演算
機構９から、ＮＣ制御盤１０へ必要に応じて修正加工の
データが送られ、被加工物は修正加工される。

この実施例によれば、直径１０■長さＬｏｏｍの無酸素
銅丸棒から刃先Ｒ３のダイヤモンドバイトを用いて、先
端形４■、末端径８■のストレートな部分円錐形状の施
用加工において、当初の加工精度は、目標形状に対して
直径で最大で１０声−大きくなっていたが、−回の形状
測定と修正加工により、厚み測定精度１μｍ以下の形状
精度を得ることができた。

本実施例は、特に、旋盤に限定するものではなく、例え
ば、第４図に示す治具研削盤の回転主軸側に、レーザ光
切断法を用いた厚み測定機構１を取り付けても同様な効
果が得られた。要するに、回転対称物を加工することが
可能で、運動テーブルが直交する二軸をもつ工作機械で
は、どの場合にも被加工物の形状測定に有効である。

［発明の効果］ 本発明によれば、工作機械上で被加工物の絶対形状を測
定することができるので、その後の修正加工により被加
工物の形状精度を向上することができる６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図は本発明の
一実施例の正面図、第３図は本発明の一実施例の部分斜
視図、第４図は本発明の一実施例の処理フローチャート
、第５図は、本発明の他の実施例の斜視図である。 １・・・厚み測定機構、 ２・・・レーザ光、 ３・・・被加工物、 １３．２１・・・回転機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転主軸と直交する複数軸の運動テーブルを備えた
   工作機械において、 レーザ等の光切断法を用いた厚み測定手段と、前記厚み
   測定手段を光線面に平行および垂直な軸を中心として回
   転可能な手段と、前記厚み測定手段からのデータを収録
   演算する手段とを設けたことを特徴とする工作機械。 ２、請求項１において、前記データ収録演算手段とＮＣ
   制御機構とを電気的に接続し、前記厚み測定手段から求
   まる被加工物の三次元形状と、目標形状の三次元形状と
   の差を求めて、修正加工データを指示してなる工作機械
   。