JPH09236427A

JPH09236427A - 計測装置

Info

Publication number: JPH09236427A
Application number: JP4478396A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Itou; 万成伊藤
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】基台の熱変形に伴う誤差を解消して、基台に
対する移動体の位置を正確に計測する。【構成】横型マシニングセンタにおいて、移動体とし
てのコラム４の下面にナット部材１１を設け、基台とし
てのベッド５の上面にレール１２を突設する。ベッド５
にスケール１３をガイドレール１２と平行に延びるよう
に設け、コラム４にはスライダ１４を一体移動可能に固
定する。スケール１３の一端のみをベッド５に固定し、
スケール１３の中間部は複数の弾性体１６を介してベッ
ド５に支持する。スライダ１４の内面に読取部１７を設
けるとともに、スケール１３をＺ方向に相対移動可能で
Ｘ，Ｙ方向に相対移動不能に支持する複数の支持部１５
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基台上に移動体を
往復動可能に設置してなる機械装置において、基台に対
する移動体の位置を計測する装置に係り、特に、高精度
の位置決め制御が必要とされる工作機械等に好適な計測
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械における移動体の計測装
置としてリニアスケールが用いられている。このリニア
スケールは、ベッド等の基台に複数箇所で固定されたス
ケールと、コラム等の移動体に設けられたスライダとを
備え、スライダの読取部がスケールに描かれたパターン
を非接触の状態で読み取ることにより、基台に対する移
動体の位置を計測できるように構成されている。通常、
工作機械の基台は鋳物製であるから、基台の熱変形に伴
ってスケールが破壊しないように、スケールには熱膨張
率が鋳物と同等又は近似する素材が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の計測
装置によると、スケールを基台に複数箇所で固定してい
るので、基台が熱で膨張又は収縮すると、これに追従し
てスケールも変形し、基準位置からの距離が変化するこ
とで、移動体の位置計測値に誤差が発生する。また、基
台の温度分布は複雑で、その熱膨張量を一義的に求めら
れないため、基台の温度測定値に基づき移動体の位置計
測値を補正することも困難である。

【０００４】そこで、本発明の課題は、基台の熱変形に
伴う誤差を解消して、基台に対する移動体の位置を正確
に計測できる装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の計測装置は、基台上に移動体を往復動可
能に設置してなる機械装置において、基台に対する移動
体の位置を計測する装置であって、移動体の移動方向と
平行に延びるスケールと、移動体と一体移動可能なスラ
イダとを備え、スケールの一端を基台に固定し、スライ
ダにはスケールと対向する読取部と、スケールを相対移
動可能に支持する支持部とを設けて構成される。好まし
くは、スケールの中間部が弾性体を介して基台に支持さ
れる。或はスケールの中間部付近を複数箇所で支持され
るのが好ましい。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を横型マシニングセ
ンタに具体化した一実施形態を図面に基づいて説明す
る。図１はマシニングセンタの全体的な構成を示すもの
である。主軸１は主軸頭２に回転自在に支持され、主軸
頭２はサドル３を介しコラム４にＹ方向へ位置決め可能
に設けられ、コラム４はベッド５上にＺ方向へ往復動可
能に設置され、ベッド５の近傍にはテーブル７がＸ，Ｙ
方向に位置決め可能に配設され、テーブル７上にワーク
６が載置されている。

【０００７】主軸頭２、コラム４、及びテーブル７はサ
ーボモータによりボールネジを介して駆動され、サーボ
モータは数値制御装置によって制御される。ワーク６は
ノズル８から吐出される温度調整済みの切削液９により
温度制御されている。マシニングセンタの全体はカバー
１０で覆われ、周囲の気流による温度分布が発生しにく
い状態に保持されている。

【０００８】図２〜図５はコラム４のＺ方向位置計測装
置を示すものである。図２に示すように、移動体として
のコラム４の下面には複数個のナット部材１１が設けら
れ、基台としてのベッド５の上面には複数本のガイドレ
ール１２が突設されている。ナット部材１１は転動体１
８を介しガイドレール１２に支持され、これらによって
コラム４がベッド５上にＺ方向へ往復動可能に設置され
ている。ベッド５にはスケール１３がガイドレール１２
と平行に延びるように設けられ、コラム４にはスライダ
１４が一体移動可能に固定されている。

【０００９】図３〜図５に示すように、スケール１３は
熱膨張率の小さい素材で長尺状に製作され、その一端は
ボルト２１によりスペーサ２２を介してベッド５の突条
５ａに固定されている。スケール１３の中間部複数箇所
はボルト２３により弾性体１６を介して突条５ａに支持
されている。弾性体１６はスケール１３の重量を複数箇
所で支えるとともに、ベッド５の熱変形を吸収してスケ
ール１３に伝えないように作用する。スケール１３の他
の部分はスペーサ２２及び弾性体１６により突条５ａと
接触しない位置に保持されている。

【００１０】図２に示すように、スライダ１４はスケー
ル１３のパターン部１３ａを抱持するように断面Ｃ字形
に形成されている。スライダ１４の内面にはスケール１
３と対向してパターン部１３ａのパターンを非接触で読
み取る光学式又は磁気式の読取部１７が設けられるとと
もに、パターン部１３ａをＺ方向に相対移動可能でＸ，
Ｙ方向に相対移動不能に支持する複数の支持部１５が設
けられている。支持部１５としては、低摩擦係数の摺接
材又はローラ等の転動体を使用できる。また、支持部１
５にバネ要素を組み込み、これで摺接材又は転動体をス
ケール１３に弾性接触させてもよい。

【００１１】上記のように構成された計測装置によれ
ば、スケール１３が一端のみでベッド５に固定され、そ
の他の部分はベッド５に対し相対移動できるから、ベッ
ド５が熱膨張又は収縮した場合でも、スケール１３に応
力が発生せず、変形のおそれがない。従って、常時一定
長さのスケール１３のパターンを読取部１７で読み取る
ことで、コラム４のＺ方向位置を誤差なく正確に計測す
ることができる。また、スケール１３の自由端側はスラ
イダ１４の支持部１５により支持されているので、相当
長いスケール１３の場合でも、その自重によるたわみを
抑制して、計測精度を向上させることができる。しか
も、スケール１３の中間部は複数箇所で弾性体１６を介
してベッド５に支持されているため、コラム４の移動に
伴って長尺のスケール１３に振動が発生するおそれがな
く、読取部１７の動作不良を防止することができる。

【００１２】なお、弾性体１６としては、ゴム又はスプ
リング等を使用可能であるが、バネ定数が小さくかつ減
衰性の優れたものが好ましい。これは、スケール１３の
振動を効果的に抑制できるとともに、製作誤差等によっ
てベッド５とスケール１３との相対位置が変化した場合
でも、弾性体１６がスケール１３を常に一定の力で保持
できるからである。また、弾性体１６の個数及び設置箇
所は、スケール１３の長さに応じ、かつその自重たわみ
を充分に防止できる観点に立って任意に決定される。

【００１３】本発明は、コラム４のＺ方向位置の計測装
置のみに限定されるものではなく、主軸頭２のＹ方向位
置又はテーブル７のＸ，Ｙ方向位置の計測装置にも適用
でき、マシニングセンタ以外の各種工作機械、或は、工
作機械以外の各種機械装置に応用して実施することもで
きる。なお、上記実施形態においてはスケール１３は長
尺の一体に形成されているが、複数の比較的短いスケー
ルを同様の低熱膨張素材の支持部材に固定することによ
り、長尺かつ精密なスケールを作成することなく、上記
実施形態と同等の効果が得られることは明らかである。
また、上記実施形態では、切削液９でワーク６の温度を
制御しているが、ワーク６の温度測定値に基づきその熱
変位量を推定して工具又はワーク６の位置を制御するよ
うに構成してもよい。しかしながら、熱変形に伴う誤差
は計測装置により解消できるので、切削液による温度制
御の方が全体的な構成を簡略化できる利点がある。その
他、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではな
く、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構
成を適宜に変更して具体化することも可能である。

【００１４】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、スケールの一端を基台に固定し、スライダにス
ケールを相対移動可能に支持する支持部を設けたので、
基台の熱変形に伴う誤差を解消して、基台に対する移動
体の位置を正確に計測できるという優れた効果を奏す
る。また、基台のスケール方向への熱変位が移動体の位
置決め精度に影響を与えないことから、基台の温度変化
の位置決め精度上の許容範囲が従来に比較し広くなる。
よって、基台をカバー或は断熱材で大気、切削液等から
断熱することにより、基台そのものの温度ではなく、基
台の各部分での温度差を小さくすることで姿勢及び位置
決め精度を確保することが可能となる。

【００１５】請求項２の発明によれば、スケールの中間
部を弾性体を介して基台に支持したので、長尺スケール
の振動を抑制して、読取部の動作不良を防止できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す横型マシニングセン
タの全体図である。

【図２】同マシニングセンタにおいてコラムのＺ方向位
置の計測装置を示す断面図である。

【図３】同計測装置のスケールを示す部分正面図であ
る。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

４・・コラム、５・・ベッド、１１・・ナット部材、１
２・・ガイドレール、１３・・スケール、１４・・スラ
イダ、１５・・支持部、１６・・弾性体、１７・・読取
部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基台上に移動体を往復動可能に設置して
なる機械装置において、基台に対する移動体の位置を計
測する装置であって、移動体の移動方向と平行に延びる
スケールと、移動体と一体移動可能なスライダとを備
え、スケールの一端を基台に固定し、スライダにはスケ
ールと対向する読取部と、スケールを相対移動可能に支
持する支持部とを設けてなる計測装置。
【請求項２】スケールの中間部を弾性体を介して基台
に支持した請求項１記載の計測装置。