JPH081483A - 穴形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 穴加工装置に対して簡単な構成を追加するだ
けで、穴形状測定のためだけの被加工物の取り付け段取
り作業を要することなく、高精度に穴の形状を測定し、
複数穴加工において、特に真直度の悪いものについては
加工途中で処理判断を可能にし、後工程の無駄を軽減す
ることができる穴形状測定装置を提供することにある。 【構成】 穴加工工具３を軸線方向に往復動可能に有す
る穴加工装置の加工ヘッド１に、穴加工工具３の軸線位
置に対してワークテーブル５あるいは加工ヘッド１の軸
移動方向に所定量変位した位置に、穴加工工具３とは個
別に穴加工軸線方向へ往復動可能に装着された測定バー
１３を設け、測定バー１３に穴形状測定用センサ３１を
取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、穴形状測定装置に関
し、特にガンドリルマシンなどの穴加工装置により加工
された穴の真直度などを測定する穴形状測定装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガンドリルマシンなどの穴加工装
置により加工された穴の真直度などの測定は、穴加工完
了後、被加工物を穴加工装置より取り外して別の形状測
定装置によりアウトプロセス方式にて行われている。

【０００３】また従来、一つの被加工物に複数個の穴加
工を行う場合には、加工された穴の出口付近の開口部に
おいて各穴の離間距離をスケールを使用して測定し、次
の処理を行うか否かを決定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アウトプロセス方式に
よる穴形状測定は、被加工物を形状測定装置に取り付け
る段取り作業が必要であり、また被加工物の形状測定装
置に対する取り付け精度が形状測定精度に影響し、高精
度の形状測定を行うことが難しい。

【０００５】また一つの被加工物に複数個の穴加工を行
う場合において、一つの穴加工が完了する毎に作業者が
スケールを使用して穴間距離を測定することは、実際
上、不可能であり、現状は一つの被加工物におけるすべ
ての穴加工が完了した後に、特に真直度の悪い穴につい
ては、その近傍の穴をどのように処理するかの判断を行
っている。

【０００６】本発明は、上述の如き問題点に着目してな
されたものであり、穴加工装置に対して簡単な構成を追
加するだけで、穴形状測定のためだけの被加工物の取り
付け段取り作業を要することなく、高精度に穴の形状を
測定し、複数穴加工において、特に真直度の悪いものに
ついては加工途中で処理判断を可能にし、後工程の無駄
を軽減することができる穴形状測定装置を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成す
るため、本発明による穴形状測定装置は、穴加工工具を
軸線方向に往復動可能に有する穴加工装置の加工ヘッド
の、前記穴加工工具の軸線位置に対してワークテーブル
あるいは前記加工ヘッドの軸移動方向に所定量変位した
位置に、前記穴加工工具とは個別に穴加工軸線方向へ往
復動可能に装着された測定バーを有し、前記測定バーに
穴形状測定用センサが装着されていることを特徴として
いる。

【０００８】本発明による穴形状測定装置においては、
穴加工装置が同時多軸穴加工機の場合、前記測定バーは
前記ヘッド部に設けられた複数個の穴加工工具の各々に
対応して複数個設けられていてよい。

【０００９】また本発明による穴形状測定装置において
は、前記測定バーは自身の中心軸線周りに回転可能に設
けられ、前記穴形状測定用センサは変位量センサにより
構成され、前記測定バーの各回転位置にて前記変位量セ
ンサにより計測される変位量により穴の形状を測定する
こと、あるいは前記穴形状測定用センサは変位量センサ
により構成されて前記測定バーの中心軸線周りに複数個
装着され、その複数個の変位量センサの各々により計測
される変位量に基づいて穴の形状を測定することを詳細
な特徴としている。

【００１０】

【作用】上述の如き構成によれば、ワークテーブルに取
り付けられた被加工物に対する穴加工工具による穴加工
完了後に、被加工物をワークテーブルに取り付けた状態
のまま、ワークテーブルあるいは加工ヘッドを軸移動さ
せることにより、被加工物の掴み変えを要することな
く、測定バーを穴の形状測定位置に位置させることがで
き、この穴形状測定位置にて測定バーが穴加工軸線方向
へ前進移動することにより測定バーが穴内に進入し、測
定バーに装着された穴形状測定用センサにより穴形状の
測定が行われる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１２】図１は本発明による穴形状測定装置が組み
込まれた穴加工装置の一実施例を示している。穴加工装
置は加工ヘッド１に長尺のガンドリル３が軸線方向、こ
の場合、Ｘ軸方向に往復動可能に且つ回転可能に設けら
れている。ガンドリル３は、図示されていない送りねじ
などによる周知の直動機構により軸線方向に往復駆動さ
れ、またモータなどの回転駆動機構により回転駆動さ
れ、ワークテーブル５上に取り付けられた被加工物Ｗに
深穴ｈを穿孔する。

【００１３】ワークテーブル５はベース７上にＹ軸方向
に移動可能に設けられており、このワークテーブル５の
Ｙ軸移動は例えば数値制御装置により定量的に行われ、
このワークテーブル５のＹ軸移動により被加工物Ｗの穴
加工位置および穴形状測定位置の位置決めが行われる。

【００１４】加工ヘッド１には穴形状測定装置のフレー
ム９が配置位置調整シム１１を介して固定装着されてい
る。フレーム９には測定バー１３がＸ軸方向に往復動可
能に且つ自身の中心軸線周りに回転可能に設けられてい
る。

【００１５】測定バー１３は、ガンドリル３の軸線位置
に対してワークテーブル７のＹ軸移動方向に予め定義さ
れた所定量Ｌだけ変位した位置に配置されており、先端
部に計測ヘッド１５が取り付けられている。

【００１６】測定バー１３は後端にてモータ１７と駆動
連結され、モータ１７は測定バー１３を回転駆動する。
モータ１７にはロータリエンコーダ１９が接続されてお
り、ロータリエンコーダ１９は測定バー１３の回転角を
計測する。

【００１７】ロータリエンコーダ１９は回転基準位置に
おいて原点パルス信号を出力するものであり、測定バー
１３の回転角は、原点パルス信号出力時を零点とし、こ
れよりロータリエンコーダ１９が出力するパルス信号の
パルス数をカウントすることにより計測される。

【００１８】モータ１７はＸ軸移動体２１に搭載され、
Ｘ軸移動体２１は、フレーム９に回転可能に取り付けら
れたＸ軸送りねじ２３とナット２５によって螺合し、Ｘ
軸送りねじ２３の回転によりＸ軸方向に往復移動する。
Ｘ軸送りねじ２３は、フレーム９に取り付けられたサー
ボモータ２７と駆動連結され、サーボモータ２７により
回転駆動される。

【００１９】図２、図３に示されているように、計測ヘ
ッド１５は測定バー１３の先端面に形成されたガイド部
１３ａに案内されて径方向に配置位置変更可能にボルト
２９によって固定装着されており、この計測ヘッド１５
には渦電流式などによる非接触式の変位量センサ３１が
取り付けられている。

【００２０】また計測ヘッド１５の中心部には計測ヘッ
ド１５の先端面に開口した切屑除去用のエアーブロー孔
３３が設けられている。

【００２１】ガンドリル３により加工された被加工物Ｗ
の深穴ｈの穴形状測定に際しては、ワークテーブル７を
Ｙ軸移動方向に所定量Ｌだけ変位させ、被加工物Ｗを測
定バー１３による穴形状測定位置に位置させる。これに
より測定バー１３は被加工物Ｗの深穴ｈと対応する位置
に位置することになる。

【００２２】次にサーボモータ２７を所定量駆動して送
りねじ２３により測定バー１３をＸ軸移動体２１と共に
所定量前進移動させる。これにより計測ヘッド１５は、
深穴ｈ内に位置し、所定の計測位置に位置する。

【００２３】次にモータ１７を駆動して測定バー１３を
自身の中心軸線周りに回転させる。これにより計測ヘッ
ド１５は測定バー１３の中心軸線周りに回転し、深穴ｈ
の内周面との間隙寸法δに応じた信号を出力する。

【００２４】計測ヘッド１５の出力信号はロータリエン
コーダ１９により計測される測定バー１３の所定回転角
毎にサンプリングされ、間隙寸法δの最大値が位置情報
（測定バー１３の回転角情報）と共に検出される。

【００２５】測定バー１３が所要角度回転すると、モー
タ１７が停止し、サーボモータ２７の逆転駆動により測
定バー１３を元の位置まで後退させて計測ヘッド１５を
深穴ｈより抜き出し、深穴ｈの形状測定を終了する。

【００２６】なお、この後退移動時にロータリエンコー
ダ１９が原点パルス信号を出力するまで測定バー１３を
モータ１７により逆回転させ、測定バー１３を回転基準
位置に復帰させてもよいし、あるいは測定バー１３を形
状測定終了時の回転位置に位置させたままにし、次の深
穴ｈの形状測定、即ち偶数回の計測時にその回転位置よ
り測定バー１３を逆回転させて計測ヘッド１５により間
隙寸法δを計測してもよい。測定バー１３の逆回転下に
て間隙寸法δを計測する場合には、ロータリエンコーダ
１９の出力パルス信号のパルス数をカウントするカウン
タに予め補数を設定し、そのカウント値を減算すればよ
い。

【００２７】次に、図４を参照して上述の如き構成より
なる穴形状測定装置における穴形状測定のための信号処
理要領の一例を説明する。

【００２８】計測バー１３が回転し、ロータリエンコー
ダ１９が原点パルス信号（Ｏ・ Ｒ・Ｇ）を出力すると、
制御装置５１がこれを信号処理部５３より入力し、これ
をトリガ信号として信号処理部５３へリセット信号を出
力する。

【００２９】信号処理部５３はリセット信号の入力によ
りカウンタ５５、レジスタ５７、ホルードアンプ５９を
各々クリアする。

【００３０】計測バー１３の回転に伴いロータリエンコ
ーダ１９が出力するシリアルパルス信号はタイミング回
路６１に入力され、タイミング回路６１はクロック信号
発生器６３のクロック信号に同期してカウント・ 比較信
号をカウンタ５５とアンドゲート６５へ出力する。この
信号によりカウンタ５５はカウント値をカウントアップ
する。

【００３１】このカウントタイミングをもってアンドゲ
ート６５は偏差検出用コンパレータ６７の論理出力レベ
ルを確認する。偏差検出用コンパレータ６７の論理出力
レベルが”１”であれば、アンドゲート６５の論理出力
レベルは、”１”となり、タイミング回路６１がこの信
号を入力することによりサンプリング信号をアナログス
イッチ６９とホールドアンプ５９とに出力する。

【００３２】ここで、偏差検出用コンパレータ６７の論
理出力レベルが”１”であると云うことは、偏差検出用
コンパレータ６７によるｎ時計測信号Ｓｎ（変位量セン
サ３１がｎ時に出力する計測信号）とｎ−χ時計測信号
Ｓｎ−χ（変位量センサ３１がｎ−χ時に出力した計測
信号）との比較において、Ｓｎ＞Ｓｎ−χである場合、
すなわち測定開始時よりｎ時計測信号Ｓｎの出力時まで
の間で、ｎ時計測信号Ｓｎが最大値を示す場合である。

【００３３】アナログスイッチ６９はサンプリング信号
の入力によりオン状態になり、計測信号アンプ７１によ
り増幅された変位量センサ３１よりの計測信号Ｓ（な
お、ここでは、Ｓ＝Ｓｎ）がホールドアンプ５９に入力
される。これと同時にホールドアンプ５９のサンプリン
グ端子にサンプリング信号が入力されることにより、ホ
ールドアンプ５９は計測信号Ｓが測定開始時より最大値
になった時点での計測信号Ｓをホールドする。この計測
信号Ｓは、以降、ｎ−χ時計測信号Ｓｎ−χとして偏差
検出用コンパレータ６７に与えられる。

【００３４】またこれと同時にレジスタ５７のロード端
子がトリガされることにより、計測バー１３の回転角を
ストアしているカウンタ５５のデータ、即ち計測信号Ｓ
が測定開始時より最大値になった時点での計測バー１３
の回転角がレジスタ５７に記憶される。

【００３５】以上の信号処理が計測バー１３の一回転の
間で出力されるロータリエンコーダ１９の所定パルス数
毎に実行されることにより、最終的にはホールドアンプ
５９は、上述の間隙寸法δを示す計測信号Ｓの最大値が
記憶され、レジスタ５７には計測信号Ｓが最大値である
時の計測バー１３の回転角が記憶される。

【００３６】ホールドアンプ５９が記憶している計測信
号Ｓ（なお、ここでは、Ｓ＝Ｓｎ−χ）は、最大偏差ア
ナログ情報として制御装置５１へ出力されると共に、係
数器７３、Ａ／Ｄ変換器７５によりディジタル信号に変
換され、最大偏差ディジタル情報として制御装置５１へ
出力される。またレジスタ５７が記憶している計測バー
１３の回転角が最大偏位置情報として制御装置５１へ出
力される。

【００３７】またホールドアンプ５９が記憶している計
測信号Ｓは許容値コンパレータ７７に入力され、許容値
コンパレータ７７は、許容値設定器７９に設定された許
容値と計測信号Ｓとを比較し、計測信号Ｓ、換言すれば
間隙寸法δが許容値より大きい場合に、論理出力レベル
を”１”とし、制御装置５１へアラーム出力する。

【００３８】また計測信号アンプ７１により増幅された
変位量センサ３１よりの計測信号Ｓはさらにアンプ８１
により増幅されて制御装置５１へモニタ出力される。

【００３９】図５は本発明による穴形状測定装置を組み
込まれた穴加工装置の他の実施例を示している。尚、図
５に於いて、図１に対応する部分は図１に付した符号と
同一の符号により示されている。この実施例において
は、加工ヘッド１に２個のガンドリル３ａ、３ｂが設け
られ、このガンドリル３ａ、３ｂによって同時２軸穴加
工が行われる。これによりワークテーブル５上に取り付
けられた被加工物Ｗに深穴ｈａとｈｂとが同時加工され
る。

【００４０】穴形状測定装置のフレーム９には二つの測
定バー１３ａと１３ｂとがＸ軸方向に往復動可能に且つ
自身の中心軸線周りに回転可能に設けられている。

【００４１】測定バー１３ａと１３ｂとはガンドリル３
ａと３ｂとの軸間距離と同じ軸間距離をおいて互いに平
行に設けられており、測定バー１３ａはガンドリル３ａ
の軸線位置に対してワークテーブル７のＹ軸移動方向に
予め定義された所定量Ｌａだけ変位した位置に、測定バ
ー１３ｂはガンドリル３ｂの軸線位置に対してワークテ
ーブル７のＹ軸移動方向に予め定義された所定量Ｌｂだ
け変位した位置に各々配置されている。この測定バー１
３ａの変位量Ｌａと測定バー１３ｂの変位量Ｌｂとは互
いに等しい。

【００４２】測定バー１３ａ、１３ｂの各々の先端部に
は変位量センサ３１ａ、３１ｂを有する計測ヘッド１５
ａ、１５ｂが取り付けられている。

【００４３】測定バー１３ａと１３ｂは、共にＸ軸移動
体２１に連結され、サーボモータ２７により回転駆動さ
れるＸ軸送りねじ２３によりＸ軸方向に共に進退移動す
る。

【００４４】測定バー１３ｂの後端にモータ１７が駆動
連結されており、モータ１７はタイミングベルト式伝動
機構３５により測定バー１３ａと駆動連結され、測定バ
ー１３ａと測定バー１３ｂとを同期回転駆動する。この
場合、ロータリエンコーダ１９は測定バー１３ａと測定
バー１３ｂの回転角を計測する。

【００４５】ガンドリル３ａ、３ｂにより加工された被
加工物Ｗの深穴ｈａ、ｈｂの穴形状測定に際しては、ワ
ークテーブル７をＹ軸移動方向に所定量Ｌａ（Ｌａ＝Ｌ
ｂ）だけ変位させ、被加工物Ｗを測定バー１３ａ、１３
ｂによる穴形状測定位置に位置させる。これにより測定
バー１３ａ、１３ｂは各々被加工物Ｗの深穴ｈａ、ｈｂ
と対応する位置に位置することになる。

【００４６】次にサーボモータ２７を所定量駆動して送
りねじ２３により測定バー１３ａと１３ｂをＸ軸移動体
２１と共に所定量前進移動させる。これにより計測ヘッ
ド１５ａ、１５ｂは、各々深穴ｈａ、ｈｂ内の所定の計
測位置に位置する。

【００４７】次に、モータ１７を駆動して測定バー１３
ａ、１３ｂを各々自身の中心軸線周りに回転させること
により、上述の実施例と同様の要領にて深穴ｈａとｈｂ
の形状測定が同時に行われる。

【００４８】この実施例では、ガンドリルを２軸とした
が、この穴加工工具の軸数は２以上の複数個であっても
よく、測定バーはその穴加工工具の軸数と同数だけその
穴加工工具の相対位置関係と同じ相対位置関係をもって
配置されればよい。

【００４９】図６は本発明による穴形状測定装置にて使
用される計測ヘッド１５の他の実施例を示している。こ
の実施例においては、計測ヘッド１５の中心軸線周りに
複数個、図示例では４個の変位量センサ３１が互いに等
間隔に設けられており、この４個の変位量センサ３１が
各々深穴ｈの内周面との間隙量を計測する。

【００５０】この場合には測定バーと共に計測ヘッド１
５を回転させる必要はなく、各変位量センサ３１の計測
値より最大変位量が検出される。

【００５１】なお、本発明による穴形状測定装置にて使
用される変位量センサ３１は渦電流式の変位量センサに
限定されることはなく、これは光学式、電磁誘導式、光
学式などのその他のアナログセンサ、ディジタルセンサ
であってもよい。

【００５２】また本発明による穴形状測定装置に於ける
信号処理は、図４に示されているようなハードウェア構
成によるもの以外に、マイクロコンピュータによるソフ
トウェア処理により行うことも可能である。

【００５３】また本発明による穴形状測定装置は、加工
ヘッド１が固定で、ワークテーブル５が軸移動する穴加
工装置以外に、加工ヘッド１が例えばＹ軸方向へ軸移動
する形式の穴加工装置にも適用され、この場合には、穴
形状測定に際して加工ヘッド１がＹ軸方向へ軸移動すれ
ばよい。

【００５４】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これらに限定される
ものではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能
であることは当業者にとって明らかであろう。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による穴形状測定装置によれば、ワークテーブルに取り
付けられた被加工物に対する穴加工工具による穴加工完
了後に、被加工物をワークテーブルに取り付けた状態の
まま、ワークテーブルあるいは加工ヘッドを軸移動させ
ることにより、被加工物の掴み変えを要することなく、
換言すれば穴形状測定のためだけの被加工物の取り付け
段取り作業を要することなく、測定バーが穴の形状測定
位置に位置し、この穴形状測定位置にて測定バーが穴加
工軸線方向へ前進移動することによって測定バーが穴内
に進入し、測定バーに装着された変位量センサなどによ
る穴形状測定用センサにより穴形状の測定が行われるか
ら、この穴形状測定が被加工物の取付位置誤差を含むこ
となく高精度に、しかも能率よく行われる。

【００５６】また複数穴加工において、一つの穴の加工
が完了する度に測定バーを穴内に進入させて穴形状測定
が行われることにより、加工途中で特に真直度の悪いも
のについての処理判断が可能になり、後工程の無駄を軽
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による穴形状測定装置を組み込まれた穴
加工装置の一実施例を示す平面図である。

【図２】本発明による穴形状測定装置の測定バーの先端
部を拡大して示す側面図である。

【図３】本発明による穴形状測定装置の測定ヘッドを拡
大して示す端面図である。

【図４】本発明による穴形状測定装置の信号処理系の一
実施例を示すブロック線図である。

【図５】本発明による穴形状測定装置を組み込まれた穴
加工装置の他の実施例を示す平面図である。

【図６】本発明による穴形状測定装置にて使用される測
定ヘッドの他の実施例を示す端面図である。

【符号の説明】

１ 加工ヘッド ３、３ａ、３ｂ ガンドリル ５ ワークテーブル ９ フレーム １３、１３ａ、１３ｂ 測定バー １７ モータ １９ ロータリエンコーダ ２１ Ｘ軸移動体 ２３ Ｘ軸送りねじ ２７ サーボモータ ３１ 変位量センサ ５１ 制御装置 ５３ 信号処理部 ５５ カウンタ ５７ レジスタ ５９ ホルードアンプ ６１ タイミング回路 ６７ 偏差検出用コンパレータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 穴加工工具を軸線方向に往復動可能に有
   する穴加工装置の加工ヘッドの、前記穴加工工具の軸線
   位置に対してワークテーブルあるいは前記加工ヘッドの
   軸移動方向に所定量変位した位置に、前記穴加工工具と
   は個別に穴加工軸線方向へ往復動可能に装着された測定
   バーを有し、前記測定バーに穴形状測定用センサが装着
   されていることを特徴とする穴形状測定装置。
2. 【請求項２】 前記測定バーは前記ヘッド部に設けられ
   た複数個の穴加工工具の各々に対応して複数個設けられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の穴形状測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記測定バーは自身の中心軸線周りに回
   転可能に設けられ、前記穴形状測定用センサは変位量セ
   ンサにより構成され、前記測定バーの各回転位置にて前
   記変位量センサにより計測される変位量により穴の形状
   を測定することを特徴とする請求項１または２記載の穴
   形状測定装置。
4. 【請求項４】 前記穴形状測定用センサは変位量センサ
   により構成されて前記測定バーの中心軸線周りに複数個
   装着され、その複数個の変位量センサの各々により計測
   される変位量に基づいて穴の形状を測定することを特徴
   とする請求項１または２記載の穴形状測定装置。