JPH1133880A

JPH1133880A - Ｎｃ旋盤の計測装置

Info

Publication number: JPH1133880A
Application number: JP19745997A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nashiki; 政行梨木; Masayoshi Sato; 正義佐藤
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のＮＣ旋盤の機械内における加工物の直
径計測では、タレット６の回転部の感応信号の伝達手段
の構造が複雑化し、高価となる課題がある。【解決手段】Ｘ軸及びＺ軸方向に駆動可能なタレット
６に装備されたタッチセンサ４の検出部を、加工物１に
当接し、加工物１の主軸中心あるいは機械基準位置に対
するＸ軸座標値Ｘ１、Ｘ２を計測する。また、タッチセ
ンサ４が加工物１に当接した際の感応信号のタレット６
の回転部分の信号伝達は、ＯＮ／ＯＦＦ信号伝達用回転
トランス５にて行う。そして、機械の動作を制御するメ
インプロセッサ１９において、感応信号を検出し、その
時の座標値より加工物１の直径を算出し、補正値を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械、特に
ＮＣ旋盤における加工物あるいは工具等の計測装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ旋盤等を用いた加工においては、主
に主軸中心に対する工具刃先の熱変位誤差、工具摩耗誤
差に起因して加工誤差が発生する。この加工誤差を補正
する方法として、加工完了後の加工物の寸法を計測する
方法が広く採用されている。そして、加工完了後の加工
物の寸法を、加工物を主軸チャックに把握した状態で、
機械内で計測を行う場合、刃物台にタッチセンサを取り
付け、刃物台駆動軸の動きを利用して、タッチセンサを
加工物に接触させ、感応信号を得たときの刃物台駆動軸
の指令値を演算し、加工物の寸法を求める方法が一般的
に採用されている。図１２は従来のＮＣ旋盤の機械内に
おける加工物の直径計測の一例を示す説明図である。メ
インプロセッサ１９より加工物計測指令が出されると、
サーボプロセッサ２０及びパワー増幅器２１を介して、
Ｘ軸モータ９及びＸ軸ボールネジ８が駆動され、タレッ
ト６に装着されたタッチセンサ４が移動して、加工物１
の一側外周に接触する。そして、この時に発生する感応
信号がスリップリング３７を介して測定座標値記憶部１
５に検出されると、Ｘ軸モータ９は直ちに停止して、
この時のＸ軸座標位置Ｘ１がＸ軸位置検出用エンコーダ
１０及びＸ軸位置検出用リニアスケール１１により検出
され、測定座標値記憶部１５に記憶される。続いて、加
工物１の他側外周にも、同様に、タッチセンサ４を接触
させ、Ｘ軸座標位置Ｘ２を記憶する。そして、Ｘ１とＸ
２の値の差を求めることにより加工物１の直径が求めら
れる。そして、この計測した加工物の直径寸法より得ら
れる補正値をサーボプロセッサ２０に入力することによ
り、加工誤差を補正し、加工精度を高精度に維持してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＮＣ旋
盤の機械内における加工物の直径計測の一例では、タレ
ット６の回転部の感応信号の伝達手段として、図１２で
説明したスリップリング３７を用いている。また、他の
方法として、近接センサを複数使用する方法等も採用さ
れているが、いずれの方法も構造が複雑化し、高価なも
のとなっている。また、高精度の検出を行うには、タッ
チセンサ４は高感度なものが必要となり高価なものとな
ってしまう。さらに、タッチセンサ４の検出部からメイ
ンプロセッサ１９までの感応信号の通信を直流のアナロ
グ信号で行っているので、通信途中でノイズ等外乱を受
け検出精度が劣化してしまう。この発明は上述した事情
から成されたものであり、この発明の目的は、タレット
６の回転部の信号伝達を簡素な手段で行うとともに、高
精度な位置検出を安価に行い、感応信号をノイズの影響
の少ない通信手段で高速に通信するＮＣ旋盤の計測装置
を提供することにある。

【０００４】

【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、この発明のＮＣ旋盤の形状計測装置は、刃物台の
タレットに装着され、被測定物に当接する測定子と、前
記測定子が被測定物に接触したときの歪みを検出する歪
みゲージと、前記測定子を主軸台に対して任意に移動す
る刃物台駆動手段と、前記刃物台駆動手段の移動位置を
検出する移動位置検出手段と、前記歪みゲージの出力信
号を刃物台回転部から刃物台固定部へ伝達する回転トラ
ンスと、前記歪みゲージの出力より、前記移動位置検出
手段の出力を校正する移動位置校正手段とを備えること
を特徴とする。また、この発明のＮＣ旋盤の形状計測装
置は、前記歪みゲージ近傍に配置され、環境要因による
抵抗値変化量を校正するための基準抵抗値計測ゲージを
備えることを特徴とする。

【０００５】以上のように、この発明の計測装置によれ
ば、回転部の信号伝達を簡素な手段で行うことができ
る。また、被測定物に接触した測定子の変位を検出でき
るので、微小変位も検出でき、高精度な位置検出が可能
になる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。まず、本実施の形態１の
構成要素を説明する。図１は、本実施の形態１の全体構
成を示す説明図である。図１に示すように、加工物１
は、主軸チャック２にて保持され、主軸台３内の主軸回
転用モータにて回転する。そして、この加工物１を計測
するタッチセンサ４は、刃物台７上のタレット６に装着
されており、Ｘ軸モータ９及びＸ軸ボールネジ８によっ
てＸ軸方向に駆動され、その位置は、Ｘ軸位置検出用エ
ンコーダ１０によって検出される。また、Ｘ軸位置検出
用リニアスケール１１により直線的な位置検出も同時に
行い高精度化を図っている。なお、この直線的な位置検
出手段は、リニアスケールに限らずインダクトシン等も
考えられる。同様にタッチセンサ４は、Ｚ軸モータ１３
及びＺ軸ボールネジ１２によってＺ軸方向にも駆動さ
れ、その位置は、Ｚ軸位置検出用エンコーダ１４によっ
て検出される。そして、このタッチセンサ４を前記の駆
動手段で移動させ、検出部を加工物１に当接し、加工物
１の主軸中心あるいは機械基準位置に対する位置を計測
する。前記機械基準位置は、例えば主軸の一部、主軸チ
ャック２の一部等を機械基準点とすることもできる。こ
の場合も主軸中心に対する比較的正確な位置計測を行え
る。タッチセンサ４が加工物１に当接した際の感応信号
のタレット６の回転部分の信号伝達は、ＯＮ／ＯＦＦ信
号伝達用回転トランス５にて行う。また、感応信号の通
信は、高周波の交流で行うので、フィルタでノイズ除去
が容易にできる。そして、機械の動作を制御するメイン
プロセッサ１９には、感応信号を検出し、その時の座標
値を記憶する測定座標値記憶部１５が設けられており、
この座標値より加工物直径算出部１６が加工物１の直径
を算出し、次に補正値算出部１７が補正値を求める。そ
して、この補正値と、加工プログラムに基づいて加工座
標値算出部１８において算出される移動、停止指令値
が、サーボプロセッサ２０に入力される。そして、パワ
ー増幅器２１を介して機械に伝達され機械の動作を制御
している。なお、前記タッチセンサ４は、本実施の形態
の接触式のセンサに限らず、ビデオ等の映像信号やレー
ザを利用して、加工物の位置を非接触で計測する方法等
も考えられる。また、接触式のものでも、ＯＮ／ＯＦＦ
検出だけでなく、アナログ検出でセンサ接触後のタッチ
センサ４の移動距離も検出できるものであれば、さらに
高度な加工物１の位置検出が可能となる。図２は、本実
施の形態１の回転部分の信号伝達を示す説明図である。
ＯＮ／ＯＦＦ信号伝達用回転トランス５は、回転部５ａ
と固定部５ｂとからなり、両部５ａと５ｂにはそれぞ
れ、回転部コイル５ｃと固定部コイル５ｄが巻かれてお
り、高周波の交流で励磁して伝達できる構造になってい
る。そして、タッチセンサ４の感応信号は、回転部５ａ
の回転部コイル５ｃの短絡信号として固定部５ｂに伝達
される。この回転部５ａは、タレット６に固定されてお
り、タレット６の旋回と同時に回転する。次に、本実施
の形態におけるＮＣ旋盤による測定、補正を含む加工工
程の動作について説明する。図３は、本実施の形態にお
けるＮＣ旋盤による加工の動作状況を示すフローチャー
トである。加工前に、メインプロセッサ１９に加工プロ
グラムを入力する（Ｓ１）。そして、加工プログラムに
基づき加工を行い、計測動作を挿入する加工個数あるい
は時間に到達すると、メインプロセッサ１９より、加工
物計測指令が出され、加工物１の計測を行う（Ｓ２、Ｓ
３）。そして、タッチセンサ４により加工物１のＸ軸座
標位置Ｘ１及びＸ２を計測する（Ｓ４）。そして、計測
したＸ軸座標位置Ｘ１及びＸ２より加工物１の直径を算
出し、補正値を求める（Ｓ５、Ｓ６）。そして、この補
正値をサーボプロセッサ２０に入力して補正を行い、加
工を再開する。次に、本実施の形態１におけるタッチセ
ンサ４による加工物１の位置計測を説明する。図４は、
本実施の形態１におけるタッチセンサ４による加工物１
の計測動作を示す説明図である。また、図５は、本実施
の形態１におけるタッチセンサ４による加工物１の計測
動作の流れを示すフローチャートである。図４及び図５
に示すように、まず、メインプロセッサ１９より加工物
計測指令が出されると、タッチセンサ４は、Ｘ軸及びＺ
軸の駆動手段により、刃物台待避位置より、計測開始位
置Ａ点に位置決めされる（Ｓ１１）。次に、タッチセン
サ４が加工物１に接触し、感応信号が発生するまで、Ｘ
軸方向の微小送りにより、タッチセンサ４を加工物１に
接近させる（Ｓ１２）。そして、タッチセンサ４のセン
サスイッチがＯＮとなり、この感応信号が、測定座標値
記憶部１５に検出されると、Ｘ軸方向の微小送りを停止
する（Ｓ１３、Ｓ１４）。そして、この微小送り停止時
のＸ軸座標位置Ｘ１を測定座標値記憶部１５に記憶する
（Ｓ１５）。同様にして、加工物１のＸ軸座標位置Ｘ２
も計測し、加工物１の位置計測を終了する。次に、本実
施の形態２の構成要素を説明する。図６は、本実施の形
態２の全体構成を示す説明図である。先に図１を用いて
説明したと同様の駆動手段で、加工物１に接触する測定
子２２が、刃物台７上のタレット６に装着されている。
この測定子２２には、歪みゲージ２３が装着されてお
り、測定子２２を加工物１に接触させた際に発生する抵
抗値の変化より、測定子２２の変位（歪み）を検出でき
るようになっている。また、測定子２２が加工物１に接
触した際の歪みゲージ２３の感応信号のタレット６の回
転部分の信号伝達は、歪みゲージ用回転トランス２４に
て行う。そして、機械の動作を制御するメインプロセッ
サ１９には、抵抗値の変化を検出し、測定子２２の変位
（歪み）を校正した座標値を記憶する測定座標値記憶部
１５が設けられている。この座標値より加工物１の直径
を算出し、補正値を求める。そして、この補正値と、加
工プログラムに基づいて加工座標値算出部１８において
算出される移動、停止指令値が、サーボプロセッサ２０
に入力される。そして、パワー増幅器２１を介して機械
に伝達され機械の動作を制御している。なお、図６で
は、測定子２２のＸ軸方向の一次元のみの変位（歪み）
を検出しているが、歪みゲージ２３を複数使用し、同様
の計測を行うことにより、二次元、三次元の変位（歪
み）検出も可能となり、より高精度になる。また、タレ
ット回転部の信号伝達は、回転トランスのみに限らず、
直接配線、電波、光通信等も可能である。次に、本実施
の形態２における歪みゲージ２３を利用した加工物１の
位置計測を説明する。図７は、本実施の形態２における
歪みゲージ２３を利用した加工物１の位置の計測動作の
流れを示すフローチャートである。図７に示すように、
まず、メインプロセッサ１９より加工物計測指令が出さ
れると、歪みゲージ２３を装着した測定子２２は、Ｘ軸
及びＺ軸の駆動手段により、刃物台待避位置より、計測
開始位置Ａ点に位置決めされる（Ｓ２１）。次に、測定
子２２が加工物１に接触し、歪みゲージ２３の感応信号
より抵抗値の変動が検出されるまで、Ｘ軸方向の微小送
りにより、測定子２２を加工物１に接近させる（Ｓ２
２）。そして、測定子２２が加工物１に接触し、その時
に発生する抵抗値の変化が、測定座標値記憶部１５に検
出されると、Ｘ軸方向の微小送りを停止する（Ｓ２３、
Ｓ２４）。そして、この微小送り停止時のＸ軸座標位置
Ｘ１を測定座標値記憶部１５に記憶する（Ｓ２５）。ま
た、抵抗値検出部２５を用いてＳ２３で検出した抵抗値
の変化量より、加工物１に接触した際の測定子２２の変
位（歪み）を算出する（Ｓ２６）。そして、Ｓ２５で記
憶したＸ軸座標位置Ｘ１より、この変位（歪み）を変位
（歪み）算出部２６により校正し、この位置をＸ１とし
て再度記憶する（Ｓ２７）。同様にして、加工物１のＸ
軸座標位置Ｘ２も計測して、加工物１の位置計測を終了
する。通常の計測においては、前記実施の形態２の計測
で十分である。しかし、さらに高精度な計測を必要とす
る場合には、抵抗値は、温度に依存して変化するため、
歪みゲージ２３で計測した抵抗値の温度変化による変化
分を校正する必要がある。次の本実施の形態３は、基準
抵抗値を計測することにより、温度に依存して変化する
抵抗値の温度変化による変化分を校正する方法である。
図８は、本実施の形態３の全体構成を示す説明図であ
る。先に図６を用いて説明したと同様に、測定子２２に
は、歪みゲージ２３が装着されており、測定子２２を加
工物１に接触させた際に発生する抵抗値の変化量より、
測定子２２の変位（歪み）を検出できるようになってい
る。そして、歪みゲージ２３の近傍には、基準抵抗値計
測ゲージ２７が装着されている。この基準抵抗値計測ゲ
ージ２７は、温度等環境要因による抵抗値の変化量のみ
を計測し、測定子２２の変位（歪み）の影響を受けな
い。また、基準抵抗値計測ゲージ２７の感応信号のタレ
ット６の回転部分の信号伝達は、基準抵抗値計測ゲージ
用回転トランス２８にて行う。そして、メインプロセッ
サ１９にて、歪みゲージ２３にて検出された抵抗値の変
化量から、基準抵抗値計測ゲージ２７で検出された温度
等環境要因による抵抗値の変化分を除き、抵抗値を校正
する。なお、基準抵抗値計測ゲージ２７は、歪みゲージ
２３と同一のものに限らず、サーミスタ等他の手法で
も、抵抗値を計測できるものであればよい。また、タレ
ット回転部の信号伝達は、回転トランスのみに限らず、
直接配線、電波、光通信等も可能である。そして、この
本実施の形態３は、差動的に働くので、ノイズ、温度変
化等に対する対環境性に優れており、微小信号変化の検
出が可能となる。図９は、本実施の形態３における加工
物１の位置の計測動作の流れを示すフローチャートであ
る。図９に示すように、まず、メインプロセッサ１９よ
り加工物計測指令が出されると、歪みゲージ２３を装着
した測定子２２は、Ｘ軸及びＺ軸の駆動手段により、刃
物台待避位置より、計測開始位置Ａ点に位置決めされる
（Ｓ３１）。次に、測定子２２が加工物１に接触し、歪
みゲージ２３の感応信号より抵抗値の変化が検出される
まで、Ｘ軸方向の微小送りにより、測定子２２を加工物
１に接近させる（Ｓ３２）。そして、測定子２２が加工
物１に接触し、抵抗値の変化が、測定座標値記憶部１５
に検出されると、Ｘ軸方向の微小送りを停止する（Ｓ３
３、Ｓ３４）。そして、この微小送り停止時のＸ軸座標
位置Ｘ１を測定座標値記憶部１５に記憶する（Ｓ３
５）。また、基準抵抗値計測ゲージ２７で、温度変化に
伴う抵抗値の変化分を検出し、基準抵抗値検出部２９に
記憶し、Ｓ３３にて歪みゲージ２３で検出した抵抗値の
変化量を抵抗値校正部３０にて校正する（Ｓ３６、Ｓ３
７）。この校正した抵抗値の変化量より、加工物１に接
触した際の測定子２２の変位（歪み）を算出する（Ｓ３
８）。そして、Ｓ３５で記憶したＸ軸座標位置Ｘ１よ
り、この変位（歪み）を校正し、この位置をＸ１として
再度記憶する（Ｓ３９）。同様にして、加工物１のＸ軸
座標位置Ｘ２も計測して、加工物１の位置計測を終了す
る。図１０は、本実施の形態の１、２、３の信号検出を
示す回路図である。タッチセンサ４あるいは、歪みゲー
ジ２３で得られた感応信号は、回転トランスを介して、
電流検出部３５において検出され、ノイズをフィルタで
除去し整流される。また、基準抵抗値計測ゲージ２７の
感応信号も、同様に、基準電流算出部３６において検出
され、ノイズをフィルタで除去し整流される。そして、
抵抗の変化量を校正し、測定子２２の歪み量を検出す
る。そして、この信号をデジタル信号に変換し、データ
を処理し、通信手段を経て、ＮＣ制御部に入力される。
次に、上述したタッチセンサ４及び歪みゲージ２３の感
応信号の通信を高感度に行う本発明の他の実施形態につ
いて説明する。図１１において、先に図１を用いて説明
したと同様に、タッチセンサ４を加工物１に接触させ、
感応信号を発生させる。この感応信号が信号処理装置３
１において、シリアル信号に変換される。そして、この
シリアル信号が、シリアル信号伝達用回転トランス３２
を介して、メインプロセッサ１９の測定座標位置記憶部
１５に伝達される。また、信号処理装置３１には、電源
３４が電源用回転トランス３３を介して、供給される。
これにより、微小変位の検出も可能となり、高感度な計
測ができる。また、本発明は、高感度な計測ができるの
で、加工物１の代わりに既知の寸法である基準物を計測
することにより、刃物台の動きを計測することもでき
る。具体的には、Ｘ軸、Ｚ軸等の位置決め精度、ヒステ
リシス特性の計測等が可能である。

【０００７】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明の計測装
置によれば、回転部の信号伝達を簡素で安価な手段で行
うことができる効果がある。また、被測定物に接触した
測定子の変位を検出できるので、高感度なタッチセンサ
を必要とせず、高精度な位置検出ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態１の全体構成を示す説明図であ
る。

【図２】本実施の形態１の回転部分の信号伝達を示す説
明図である。

【図３】本実施の形態１におけるＮＣ旋盤による加工の
動作状況を示すフローチャートである。

【図４】本実施の形態１における加工物の位置の計測動
作を示す説明図である。

【図５】本実施の形態１における加工物の位置の計測動
作の流れを示すフローチャートである。

【図６】本実施の形態２の全体構成を示す説明図であ
る。

【図７】本実施の形態２における加工物の位置の計測動
作の流れを示すフローチャートである。

【図８】本実施の形態３の全体構成を示す説明図であ
る。

【図９】本実施の形態３における加工物の位置の計測動
作の流れを示すフローチャートである。

【図１０】本実施の形態１、２、３の信号検出を示す回
路図である。

【図１１】本発明の他の実施の形態（高感度な信号検出
方法）を示す説明図である。

【図１２】従来のＮＣ旋盤の機械内における加工物の直
径計測の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１‥加工物、２‥主軸チャック、３‥主軸台、４‥タッ
チセンサ、５‥ＯＮ／ＯＦＦ信号伝達用回転トランス、
６‥タレット、７‥刃物台、８‥Ｘ軸ボールネジ、９‥
Ｘ軸モータ、１０‥Ｘ軸位置検出用エンコーダ、１１‥
Ｘ軸位置検出用リニアスケール、１２‥Ｚ軸ボールネ
ジ、１３‥Ｚ軸モータ、１４‥Ｚ軸位置検出用エンコー
ダ、１５‥測定座標値記憶部、１６‥加工物直径算出
部、１７‥補正値算出部、１８‥加工座標値算出部、１
９‥メインプロセッサ、２０‥サーボプロセッサ、２１
‥パワー増幅器、２２‥測定子、２３‥歪みゲージ、２
４‥歪みゲージ用回転トランス、２５‥抵抗値検出部、
２６‥変位（歪み）算出部、２７‥基準抵抗値計測ゲー
ジ、２８‥基準抵抗値計測ゲージ用回転トランス、２９
‥基準抵抗値検出部、３０‥抵抗値校正部、３１‥信号
処理装置、３２‥シリアル信号伝達用回転トランス、３
３‥電源用回転トランス、３４‥電源、３５‥電流検出
部、３６‥基準電流検出部、３７‥スリップリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】刃物台のタレットに装着され、被測定物
に当接する測定子と、前記測定子が被測定物に接触したときの歪みを検出する
歪みゲージと、前記測定子を主軸台に対して任意に移動する刃物台駆動
手段と、前記刃物台駆動手段の移動位置を検出する移動位置検出
手段と、前記歪みゲージの出力信号を刃物台回転部から刃物台固
定部へ伝達する回転トランスと、前記歪みゲージの出力より、前記移動位置検出手段の出
力を校正する移動位置校正手段と、を備えることを特徴とするＮＣ旋盤の形状計測装置。
【請求項２】請求項１に記載の形状計測装置におい
て、前記歪みゲージ近傍に配置され、環境要因による抵抗値
変化量を校正するための基準抵抗値計測ゲージを備える
ことを特徴とするＮＣ旋盤の形状計測装置。