JPS5837503A - Measuring apparatus for lead error of screwtype cutting tool by noncontacting type optical filler - Google Patents

Measuring apparatus for lead error of screwtype cutting tool by noncontacting type optical filler

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JPS5837503A
JPS5837503A JP13599781A JP13599781A JPS5837503A JP S5837503 A JPS5837503 A JP S5837503A JP 13599781 A JP13599781 A JP 13599781A JP 13599781 A JP13599781 A JP 13599781A JP S5837503 A JPS5837503 A JP S5837503A
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optical
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light
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Isamu Yoshimoto
吉本 勇
Kazuo Maruyama
丸山 一男
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Tokyo Institute of Technology NUC
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2416Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures of gears

Abstract

PURPOSE:To improve accuracy and to measure the lead errors of a screw type cutting tool continuously at a real time by using a noncontacting type optical detector. CONSTITUTION:A gear hob 7 to be measured is rotated around a shaft 7a by a driving arm 9. The angle L of rotation is detected by a rotary encoder 13. A moving board 4 moves in the direction of A along a fixing board 1 at a sending speed equal to the leading pitch of a gear 7 in accordance with the rotation of the shaft 7a and the moving distance E is detected by an interference type measuring instrument consisting of a laser source 15, three mirror sets 20-22 and a photodetector 26. The position Ve of a cutting tooth of a gear 7 is detected by a detector 5 for the rotational angle of the cutting tooth from the reflected light of the cutting tooth. The extent of movement lL of a flank image is detected by an optical filler mechanism 6 from the quantity of light of the projected image of the screw. A lead error epsilon is obtained by finding a sending error DELTAE=E-L and adding the value of lL in every Ve input, i.e. epsilon-DELTAE to the found sending error.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非接触型光学式ツイーンを用いたねじ状切削
工具のリード誤差測定装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a lead error measuring device for a threaded cutting tool using a non-contact optical tween.

従来の測定装置は、歯車ホブやタップ等のねじ状切削工
具の切刃リード誤差測定を接触型ツイーンを用いて測定
している。
A conventional measuring device uses a contact type tween to measure the cutting edge lead error of a screw-shaped cutting tool such as a gear hob or tap.

しかし、従来の接触型ツイーンでは、接触子の摩耗が生
じることによる不具合や小さいモジ一−ルのホブの測定
が困難である等の問題点があり、これらの問題点によっ
て、測定精度も分解能1μ−2精密度2〜3μmと低く
なっており、十分な精密測定を行なうことができない。
However, conventional contact-type tweens have problems such as malfunctions due to wear of the contacts and difficulty in measuring small module hobs. -2 Accuracy is as low as 2 to 3 μm, making it impossible to perform sufficiently precise measurements.

さらに、従来の装置では、リードの小さなホブを測定す
るのに光学的顕微鏡等の装置を用いているため、その測
定やデータの整理に長時間を要し、連続的測定を行なう
のi′rA題があった。
Furthermore, since conventional equipment uses devices such as optical microscopes to measure small-lead hobs, it takes a long time to measure and organize the data, making it difficult to perform continuous measurements. There was a problem.

本発明は、これらの問題点を一挙に解決しようとするも
ので、非接触型光学式検出器を用いることによって、測
定精度を向上させるとともに、連続的にしかもリアルタ
イムでリード誤差を導出することができるようにした非
接触型光学式ツイーンによるねじ状切削工具のリード誤
差測定装置を提供することを目的とする。
The present invention aims to solve these problems all at once, and by using a non-contact optical detector, it is possible to improve measurement accuracy and derive lead errors continuously and in real time. An object of the present invention is to provide a lead error measuring device for a screw-shaped cutting tool using a non-contact optical tween.

このため1本発明のリード誤差測定装置は、試料として
のねじ状切削工具をその軸のまわりに回転させる回転機
構が固定台上に設けられるとともに、上記ねじ状切削工
具の回転角度に比例して上記軸の軸方向に移動する移動
台と、同移動台を駆動する移動台駆動機構とが設けられ
For this reason, (1) the lead error measuring device of the present invention is provided with a rotation mechanism that rotates a thread-shaped cutting tool as a sample around its axis on a fixed base, and a rotating mechanism that rotates a thread-shaped cutting tool as a sample around its axis; A movable base that moves in the axial direction of the shaft and a movable base drive mechanism that drives the movable base are provided.

上記ねじ状切削工具の軸方向における送り量を光波干渉
によって測定する光波干渉式送り量測定機構と、上記軸
の軸回転角を測定する軸回転角測定機構と、上記ねじ状
切削工具の切刃位置に対応する切刃回転角を検出する非
接触型の光学式切刃回転角検出機構と、上記ねじ状切削
工具の切刃の移動台に対する上記軸方向への相対移動量
を測定する非接触型の光学式ツイーン機構とが設けられ
、上記光波干渉式送り量測定機構で測定された送り量に
対応する信号と上記軸回転角測定機構で測定された軸回
転角に対応する信号とを演算用入力信号として入力する
とともに上記光学式切刃回転角検出機構で測定された切
刃回転角に対応する信号を演算用制御信号として入力し
て上記移動台の送り誤差を算出する第1の演算器と、上
記光学式ツイーン機構で測定された切刃の移動台に対す
る軸方向への相対移動量に対応する信号を演算用入力信
号として入力するとともに上記切刃回転角に対応する信
号を演算用制御信号として入力して上記移動台の上記送
り誤差と上記ねじ状切削工具のIJ−ド誤差との差を算
出する第2の演算器と、上記の第1および第2の演算器
からの各出力信号を入力して上記リード誤差を算出する
第3の演算器とが設けられたことを特徴としている。
A light wave interference type feed amount measurement mechanism that measures the feed amount in the axial direction of the thread-shaped cutting tool by light wave interference, a shaft rotation angle measurement mechanism that measures the shaft rotation angle of the shaft, and a cutting edge of the thread-shaped cutting tool. A non-contact optical cutting blade rotation angle detection mechanism that detects the cutting blade rotation angle corresponding to the position, and a non-contact type that measures the amount of relative movement of the cutting blade of the screw-shaped cutting tool in the axial direction with respect to the movable table. An optical tween mechanism is provided, which calculates a signal corresponding to the feed amount measured by the light wave interference type feed amount measurement mechanism and a signal corresponding to the shaft rotation angle measured by the shaft rotation angle measurement mechanism. a first calculation that calculates the feed error of the movable table by inputting a signal corresponding to the cutting blade rotation angle measured by the optical cutting blade rotation angle detection mechanism as a calculation control signal; A signal corresponding to the relative movement of the cutting blade in the axial direction with respect to the movable table measured by the optical tween mechanism is input as an input signal for calculation, and a signal corresponding to the rotation angle of the cutting blade is input for calculation. a second computing unit that inputs as a control signal and calculates the difference between the feed error of the moving table and the IJ-do error of the screw-shaped cutting tool, and each of the signals from the first and second computing units; The present invention is characterized by being provided with a third arithmetic unit that receives an output signal and calculates the read error.

以下、図面により本発明の一実施例としての非接触型光
学式ツイーンによるねじ状切削工具のリード誤差測定装
置について説明すると、第1図はその全体構成図、第2
図(a)、 (b)はいずれもその光学式切刃回転角検
出機構の動作を示す説明図、第3図はその光学式ツイー
ン機構を示す説明図、第4図はその光学式ツイーン機構
における測定状態を示す説明図、第5図はその光学式切
刃回転角検出機構の測定状態を示すグラフ、第6図はそ
の光学式切刃回転角検出機構の要部を示すブロック図、
第7図はその光学式切刃回転角検出機構の作用を示す波
形図、第8図はその測定時における割出し誤差を示すグ
ラフ、第9図はその光学式ツイーン機構における軸方向
変位に対する出力電圧を示すグラフ、第10図はその測
定時におけるリード誤差を示すグラフである。
Hereinafter, a lead error measuring device for a thread-shaped cutting tool using a non-contact optical tween as an embodiment of the present invention will be explained with reference to the drawings.
Figures (a) and (b) are explanatory diagrams showing the operation of the optical cutting blade rotation angle detection mechanism, Figure 3 is an explanatory diagram showing the optical tween mechanism, and Figure 4 is the optical tween mechanism. 5 is a graph showing the measurement state of the optical cutting blade rotation angle detection mechanism, and FIG. 6 is a block diagram showing the main parts of the optical cutting blade rotation angle detection mechanism.
Fig. 7 is a waveform diagram showing the action of the optical cutting blade rotation angle detection mechanism, Fig. 8 is a graph showing the indexing error during measurement, and Fig. 9 is the output for the axial displacement in the optical tween mechanism. A graph showing the voltage, and FIG. 10 is a graph showing the read error at the time of measurement.

第1図に示すごとく、本発明のリード誤差測定装置は、
旋盤と類似の構造をもち、固定台を構成するベッド1お
よび主軸台2が設けられている。
As shown in FIG. 1, the lead error measuring device of the present invention includes:
It has a structure similar to a lathe, and is provided with a bed 1 and a headstock 2 that constitute a fixed base.

測定されるねじ状切削工具としての歯車ホブ7は、アー
バー8に取付けられており、主軸台2および心押台3の
それぞれのセンタ間に設けられ、主軸台2側に配設され
た回転機構としての駆動腕9によってその軸7aの回り
に回転されるようになっている。
A gear hob 7 as a thread-shaped cutting tool to be measured is attached to an arbor 8, and is provided between the centers of the headstock 2 and tailstock 3, and is connected to a rotating mechanism disposed on the headstock 2 side. It is adapted to be rotated about its axis 7a by a drive arm 9 as a.

ベッド1上には、軸7aの回転の角度に比例して軸7a
の軸方向Aに移動台4を移動させる移動台駆動機構(図
示せず)が設けられており、移動台4は1図示しない送
りねじおよび換え歯車によって軸方向Aに移動され歯車
ホブ7のリード量に等しい送り量が1回転当たりの送り
量となるよう換え歯車の組合わせが選ばれている。
A shaft 7a is mounted on the bed 1 in proportion to the angle of rotation of the shaft 7a.
A movable base drive mechanism (not shown) is provided to move the movable base 4 in the axial direction A, and the movable base 4 is moved in the axial direction A by a feed screw and replacement gear (not shown). The combination of alternating gears is selected so that the feed amount per revolution is equal to the amount of feed.

同定台を構成する板2aおよび移動台4には。For the plate 2a and the movable table 4 that constitute the identification table.

ねじ状切削工具としての歯車ホブ7の軸方向Aにおける
送り量を光波干渉によって測定する光波干渉式送り量測
定機構が設けられており、移動台4の送り量を測定する
ようになっている。
A light wave interference type feed amount measuring mechanism is provided to measure the feed amount of the gear hob 7 as a screw-shaped cutting tool in the axial direction A by light wave interference, and is adapted to measure the feed amount of the movable table 4.

光波干渉式送り量測定機構は、板2a上に設けられたレ
ーザ発生器15から照射されるレーザ光線16をベッド
1に固定されたノ・−フミラー17によりてレーザ光線
18.19に分割し、一方のレーザ光線18を移動台4
上に固定された特殊直角三面鎗10の3つの平面鏡20
.21゜22に逐次反射させてレーザ光1ij23とし
、このレーザ元締23をベッド1に固定されたノ・−フ
ミラー24でレーザ光線19と干渉させ、干渉縞を作る
:うになっている。
The light wave interference type feed amount measuring mechanism divides a laser beam 16 emitted from a laser generator 15 provided on the plate 2a into laser beams 18 and 19 by a nof mirror 17 fixed to the bed 1. One laser beam 18 is moved to the moving table 4.
Three plane mirrors 20 with a special right-angled three-sided spear 10 fixed on top
.. 21 and 22 to form a laser beam 1ij 23, this laser beam 1ij 23 is caused to interfere with the laser beam 19 by a nof mirror 24 fixed to the bed 1, thereby creating interference fringes.

この干渉縞は、拡大鏡25によって拡大され、ビンフォ
トダイオード26で移動台4の長手方向の送り量として
の電気信号となる。
The interference fringes are magnified by a magnifying glass 25 and converted into an electric signal by a bin photodiode 26 as the amount of feed in the longitudinal direction of the moving table 4 .

この電気信号は、変換器27で移動台47)0.1μ−
毎の送り量のパルス信号Eとなり、第1の演算器14へ
演算用入力信号として供給されるようになっている。
This electric signal is transmitted to the converter 27 by the moving table 47) 0.1 μ-
This becomes a pulse signal E of the feed amount for each feed amount, and is supplied to the first arithmetic unit 14 as an input signal for calculation.

また、歯車ホブ7の軸7aの回転角である軸回転角θを
測定するための軸回転角測定機構として(Dロータリー
エンコーダ13が主軸台2上に設けられている。
Further, a D rotary encoder 13 is provided on the headstock 2 as a shaft rotation angle measuring mechanism for measuring the shaft rotation angle θ, which is the rotation angle of the shaft 7a of the gear hob 7.

このロータリーエンコーダ13からの軸回転角θに対応
するパルス列は、図示しない変換器に入力され、歯車ホ
ブ7の称呼リードに対応させるべく係数kを乗算きれて
、軸回転角θに対する移動台4の送り量が求められる。
The pulse train corresponding to the shaft rotation angle θ from the rotary encoder 13 is input to a converter (not shown), and is multiplied by a coefficient k to correspond to the nominal lead of the gear hob 7. The feed amount is required.

この乗算された信号は%0.1μへのパルス信号りに変
換された後、演算用入力信号として第1の演算器14に
送られるようになっている。
This multiplied signal is converted into a pulse signal of %0.1μ and then sent to the first arithmetic unit 14 as an input signal for calculation.

なお、ロータリーエンコーダ13は、軸7aの1回転あ
たり43200個のパルスを発生するようになっており
、軸回転角θの分解能は30秒となっている。
The rotary encoder 13 is designed to generate 43,200 pulses per rotation of the shaft 7a, and the resolution of the shaft rotation angle θ is 30 seconds.

第2図(a)、 (b)は非接触型の光学式切刃回転角
検出機構5の構成を示したものである。
FIGS. 2(a) and 2(b) show the structure of a non-contact type optical cutting blade rotation angle detection mechanism 5. FIG.

この切刃回転角検出機構5は、反射型オプティカルセン
サ11を用いて、歯車ホブの回転時にその切刃位置B〔
第5図(a)に示した位置〕においてパルスを出力する
ようになっており、このため歯車ホブ等の切刃溝を有し
た切削工具に対して切刃位置に対応する切刃回転角を有
効に測定することができるようになっている。
This cutting blade rotation angle detection mechanism 5 uses a reflective optical sensor 11 to detect the cutting blade position B [
The pulse is output at the position shown in FIG. It is now possible to measure effectively.

反射型オプティカルセンサ11は、歯車ホブ7の回転角
度θ(deg、)における切刃12の反射光を受けて、
その光量に比例する電圧Va(、第7図(a)参照〕を
出力するようになっており、この電圧Vaはその変曲点
を求めるべく、第1の微分器43〔第6図参照〕へ供給
される。
The reflective optical sensor 11 receives the reflected light from the cutting blade 12 at the rotation angle θ (deg, ) of the gear hob 7, and
A voltage Va (see FIG. 7(a)) proportional to the amount of light is outputted, and this voltage Va is applied to the first differentiator 43 (see FIG. 6) in order to find its inflection point. supplied to

第5図(b)に一定電圧からセンサ出力電圧〜Taを引
いた電圧Va’を縦軸に、回転角度θ(d e g、)
を横軸にとった実験結果を示す。このとき、第5図(a
)に示すセンサ11と切刃12との位置関係(すなわち
切刃位置B)において、第5図(b)の符号Cに示す出
力電圧Va’が観測される。(第5図(a)はセンサ1
1のスポットが切刃に半分かかった位置を示している。
In Fig. 5(b), the rotation angle θ (de g,
The experimental results are shown on the horizontal axis. At this time, Fig. 5 (a
In the positional relationship between the sensor 11 and the cutting blade 12 shown in ) (that is, the cutting blade position B), the output voltage Va' shown by the symbol C in FIG. 5(b) is observed. (Figure 5(a) shows sensor 1
Spot 1 shows the position halfway to the cutting edge.

) 第1の微分器43は、第6,7図に示すように、オグテ
ィカルセンサ11からの信号電圧Vaを入力してその微
分を行なうようになっており、この1階微分信号vbを
第2の微分器44へ供給するようになっている。
) As shown in FIGS. 6 and 7, the first differentiator 43 inputs and differentiates the signal voltage Va from the optical sensor 11, and converts this first-order differential signal vb into the first-order differential signal vb. The signal is supplied to the differentiator 44 of No. 2.

第2の微分器44は、1階微分信号vbを入力して更に
その微分を行なって2階微分信号を出力するようになっ
ており、この2階微分信号Vcをパルス発生器45を構
成するシーミツトトリガー45aへ供給するようになっ
ている。
The second differentiator 44 inputs the first-order differential signal vb, further differentiates it, and outputs a second-order differential signal, and this second-order differential signal Vc is used to configure the pulse generator 45. The water is supplied to the seamit trigger 45a.

シュミットトリガ−45aは、2階微分信号Vcを受け
て、第7図(c)、 (d)に示すように、2階微分信
号Vcの正電圧のときパルス信号Vdを出力するように
なっており、このパルス信号Vdを単安定マルチバイブ
レータ45bへ供給するようになっている。
The Schmitt trigger 45a receives the second-order differential signal Vc and outputs a pulse signal Vd when the second-order differential signal Vc is at a positive voltage, as shown in FIGS. 7(c) and (d). This pulse signal Vd is supplied to the monostable multivibrator 45b.

単安定マルチハイフレーク45bは、パルス信号Vdを
受けてその立下がりにおいて、すなわち、1階微分信号
vbが正電圧の設定レベルで、且つ、2階微分信号Vc
がゼロのとき、切刃位置パルスVeを第1の演算器14
および第2の演算器29へ切刃回転角に対応する演算用
制御信号として供給するようになっている。
The monostable multi-high flake 45b receives the pulse signal Vd and at its falling edge, that is, when the first-order differential signal vb is at the set level of positive voltage and the second-order differential signal Vc
is zero, the cutting edge position pulse Ve is calculated by the first calculator 14
The signal is then supplied to the second arithmetic unit 29 as a calculation control signal corresponding to the cutting blade rotation angle.

切刃回転角検出機構5は、歯車ホブ7が例えば12個の
切刃溝をもっている場合には、切刃は回転角30° お
きに検出されることになる。
When the gear hob 7 has, for example, 12 cutting edge grooves, the cutting edge rotation angle detection mechanism 5 detects the cutting edge at every 30 degrees of rotation angle.

このときの、検出状態を第8図に示した。The detection state at this time is shown in FIG.

第8図において、白丸は本発明の装置による。In FIG. 8, the white circles are due to the device of the present invention.

リード数に対する割出し誤差を示すグラフであり、黒丸
はシップ製万能測定機による同様のグラフを示している
This is a graph showing the indexing error with respect to the number of leads, and the black circles indicate a similar graph obtained using a universal measuring machine manufactured by Shipp.

この第8図の測定は、3−回繰り返して行々われ、切刃
回転角検出機構5の測定精度は、標準偏差で20秒であ
る。
The measurement shown in FIG. 8 is repeated three times, and the measurement accuracy of the cutting edge rotation angle detection mechanism 5 is 20 seconds in standard deviation.

ねじ状切削工具としての歯車ホブ7の切刃の移動台4に
対する軸方向Aへの相対移動量を測定する非接触型の光
学式フィーラ機構6が設けられている。
A non-contact type optical feeler mechanism 6 is provided to measure the amount of relative movement in the axial direction A of the cutting blade of the gear hob 7 as a screw-shaped cutting tool with respect to the movable table 4.

第3図は光学式フィーラ機構6の構成を示したもので、
理解を容易にするため、ねじピンチの測定を例として取
上げている。
FIG. 3 shows the configuration of the optical feeler mechanism 6.
For ease of understanding, the measurement of screw pinch is taken as an example.

光源30から来る光は光源30の明るさの変動を補償す
るためにハーフミラ−31で透過および反射によって二
つに分けられ、透過光は第1のセンサとしてのビンフォ
トダイオード32に向かうようになっている。
The light coming from the light source 30 is divided into two parts by transmission and reflection by a half mirror 31 in order to compensate for variations in brightness of the light source 30, and the transmitted light is directed to a bin photodiode 32 as a first sensor. ing.

一方、反射光は、被測定ねじ33の軸方向Aに対して垂
直に照射する光学系42を形成している。
On the other hand, an optical system 42 is configured to irradiate the reflected light perpendicularly to the axial direction A of the screw 33 to be measured.

光学系42から照射された光のうち、すなわちハーフミ
ラ−31から反射された光のうち。
Among the light emitted from the optical system 42, that is, among the light reflected from the half mirror 31.

被測定ねじ33に当たらながった通過光は、被測定ねじ
33のねじ山の位置情報を有しており、対物レンズ34
によって被測定ねじ33のねし山の実像を円形のピンホ
ール35〔第4図参利をもつマスク36上に結ぶ。
The passing light that has hit the screw to be measured 33 has the positional information of the thread of the screw to be measured 33, and the objective lens 34
The actual image of the thread of the screw 33 to be measured is connected onto a mask 36 having a circular pinhole 35 (see FIG. 4).

なお、第4図符号Pはねじ山のピッチを示している。Note that the symbol P in FIG. 4 indicates the pitch of the thread.

マスク36では、ピンホール35を通過する光のみをレ
ンズおよびミラーを介して受光部の第2のセンサとして
のビンフォトダイオード37へ供給するようになってい
る。
In the mask 36, only the light passing through the pinhole 35 is supplied to a bin photodiode 37 as a second sensor of the light receiving section via a lens and a mirror.

これら第1および第2のセンサ32.37で受光された
光はその光量に対応する電気信号に変換され、この変換
された各光量信号は差動増幅器としての光電信号増幅器
39へ供給されるようになっている。
The light received by the first and second sensors 32 and 37 is converted into an electrical signal corresponding to the amount of light, and each of the converted light amount signals is supplied to a photoelectric signal amplifier 39 as a differential amplifier. It has become.

この光電信号増幅器39は、各センサ32.37からの
光量信号を差動増幅するようになっており、従って、光
源30からハーフミラ−31までの光学系に生じる明る
さの変動および雑音等は全て除くことができるようにな
っており、この変動分および雑音を除かれた信号は第2
の演算器29へ供給されるようになっている。
This photoelectric signal amplifier 39 is designed to differentially amplify the light intensity signals from each sensor 32, 37, and therefore all brightness fluctuations and noise occurring in the optical system from the light source 30 to the half mirror 31 are eliminated. The signal from which this fluctuation and noise has been removed is the second signal.
The data is supplied to the arithmetic unit 29 of.

このように、光学式フィーラ機構6が構成されているの
で、移動台4が軸方向Aに移動すると、被測定ねじの像
が移動してピンホール35を通過する光量が変わり、ピ
ンフォトダイオード37の出力電圧が変化するようにな
る。
Since the optical feeler mechanism 6 is configured in this manner, when the movable table 4 moves in the axial direction A, the image of the screw to be measured changes, the amount of light passing through the pinhole 35 changes, and the pin photodiode 37 The output voltage of will begin to change.

特に、第9図に示すように、ねじ山のフランクの像がピ
ンホール35の中心を通る付近では、ピンホールを通過
する光量の変化(出力電圧eL)がねじ山のフランクの
像のピンホールに対する移動量(軸方向変位XR)に比
例する。
In particular, as shown in FIG. 9, in the vicinity where the image of the flank of the thread passes through the center of the pinhole 35, the change in the amount of light passing through the pinhole (output voltage eL) is proportional to the amount of movement (axial displacement XR).

すなわち、軸方向変位XRが±70μ−の範囲において
、第9図のグラフは直線となっている。
That is, in the range of axial displacement XR of ±70 μ-, the graph in FIG. 9 is a straight line.

このとき、軸方向変位XRを増大させるとき(図中、白
丸およびX印で示す)と軸方向変位XRを減少させると
き(図中、黒丸で示す)とは直線が重なっており、ヒス
テリシスをもたず、良好かつ安定な線形性となっている
At this time, the straight lines overlap when increasing the axial displacement XR (indicated by white circles and X marks in the figure) and when decreasing the axial displacement XR (indicated by black circles in the figure), and hysteresis is also First, it has good and stable linearity.

出力電圧eL  が5mVに対して、軸方向変位XRは
0.1μ−に対応しており、出力電圧eしの変動は±0
.2μ−以下にすることができる。
When the output voltage eL is 5 mV, the axial displacement XR corresponds to 0.1 μ-, and the fluctuation of the output voltage e is ±0.
.. It can be made 2μ or less.

従って、光学式フィーラ機構6の分解能は±0.2μm
となる。
Therefore, the resolution of the optical feeler mechanism 6 is ±0.2 μm.
becomes.

このように光波干渉式送り量測定機構、軸回転角測定機
構13、光学式切刃回転角検出機構5および光学式フィ
ーラ機構6からの電気信号に基づいてリード誤差を計算
する過程を第1図に示したブロック図に則して以下に述
べる。
The process of calculating the lead error based on the electrical signals from the light wave interference type feed amount measuring mechanism, the shaft rotation angle measuring mechanism 13, the optical cutting blade rotation angle detecting mechanism 5, and the optical feeler mechanism 6 is shown in FIG. The following description is based on the block diagram shown in .

第1の演算器14は、光波干渉式送り量測定機構で測定
された送り量に対応する信号Eと、軸回転角測定機構で
測定された軸回転角に対応する信号りとを演算用入力信
号として入力するとともに、光学式切刃回転角検出機構
5で測定された切刃回転角に対応する信号Veを演算用
制御信号として入力するようになっている。
The first computing unit 14 inputs a signal E corresponding to the feed amount measured by the light wave interference type feed amount measuring mechanism and a signal E corresponding to the shaft rotation angle measured by the shaft rotation angle measuring mechanism for calculation. In addition to being input as a signal, a signal Ve corresponding to the cutting blade rotation angle measured by the optical cutting blade rotation angle detection mechanism 5 is also input as a calculation control signal.

すなわち、切刃位置パルスVeが入力したとき、第1の
演算器14に入力される信号をLおよびEとすると△E
=E−Lが出力される。
That is, when the cutting edge position pulse Ve is input, if the signals input to the first computing unit 14 are L and E, △E
=EL is output.

この送り誤差ΔEは: 第3の演算器28の一入力端へ
電気信号によって供給されるようになっている。
This feed error ΔE is: The feed error ΔE is supplied as an electric signal to one input terminal of the third computing unit 28.

第2の演算器29は光学式フィーラ機構で測定された切
刃の移動台4に対する軸方向Aへの相対移動量に対応す
るアナログ信号eL を演算用入力信号として入力する
とともに、切刃回転角に対応する信号Veを演算用制御
信号とじて入力するようになっている。
The second computing unit 29 inputs an analog signal eL corresponding to the amount of relative movement of the cutting blade in the axial direction A with respect to the movable table 4 measured by the optical feeler mechanism as an input signal for calculation, and also inputs the cutting blade rotation angle as an input signal for calculation. A signal Ve corresponding to the calculation is inputted as a calculation control signal.

第2の演算器29は、A、−D変換器で構成されており
、制御信号Veを入力するたびに、光学式フィーラ機構
6からのアナログ出力電圧cLをディジタル信号にA−
D変換して出力するようになっている。
The second arithmetic unit 29 is composed of an A and -D converter, and converts the analog output voltage cL from the optical feeler mechanism 6 into a digital signal every time the control signal Ve is input.
It is designed to be converted into D and output.

この出力信号は求めようとする切刃のリード誤差εと移
動台4の送り誤差△Eとの差(ε−△E)に等しい。
This output signal is equal to the difference (ε-ΔE) between the lead error ε of the cutting edge to be determined and the feed error ΔE of the moving table 4.

このリード誤差と送り誤差との差(ε−△E)は、第3
の演算器28の他入力端へ電気信号によって供給される
ようになっている。
The difference between this lead error and feed error (ε-△E) is the third
The signal is supplied to the other input terminal of the arithmetic unit 28 in the form of an electric signal.

第3の演算器28は、第1および第2の演算器14.2
9からの各誤差出力信号ΔB、(ε−△E)を入力して
、加算するようになっており、加算した結果であるリー
ド誤差εをディンタルプリンタ40およびペンレコーダ
41へ供給し、記録するようになっている。
The third arithmetic unit 28 includes the first and second arithmetic units 14.2.
Each error output signal ΔB, (ε−ΔE) from 9 is input and added, and the read error ε, which is the result of the addition, is supplied to the digital printer 40 and pen recorder 41 and recorded. It is supposed to be done.

従って、第10図に示すように、各切刃のリード誤差ε
が求められるのである。
Therefore, as shown in Fig. 10, the lead error ε of each cutting edge
is required.

ここで、白丸で示□したのが本発明の装置によって求め
たり−ド”誤差εを測定した結果てあり、黒丸で示した
のは/ノブ製万能測定顕微鏡によって求めたリード誤差
である。
Here, the open circles indicate the results of measuring the lead error ε determined by the apparatus of the present invention, and the black circles indicate the lead errors determined by a universal measuring microscope made by Nobu.

この本発明の装置によって測定されたリード誤差εO観
測値の精密度は標準偏差で0.6μm。
The accuracy of the read error εO observed value measured by the device of the present invention is 0.6 μm in standard deviation.

とじて表わされる。It is expressed as a close-up.

これは各切刃に対して各3回の測定を集計した結果であ
る。
This is the result of summing up three measurements for each cutting edge.

測定する手順としては、歯車ホブ7のねじ山のフランク
の像がピンホール35の中上・となるように−目視で軸
方向Aの位置を決定し、その後は自動的にリード誤差ε
を出力するようになっている。この位置決めから各リー
ド誤差を測定するのに一例として用いたホブの場合、所
要時間2分であり、極めて早くデータが処理される。
The measurement procedure is to visually determine the position in the axial direction A so that the image of the flank of the thread of the gear hob 7 is at the upper center of the pinhole 35, and then automatically determine the lead error ε.
It is designed to output . In the case of the hob used as an example to measure each lead error from this positioning, the required time is 2 minutes, and the data is processed extremely quickly.

なお、本実施例は歯車ホブを対象としているが、タップ
等の切削工具でも同様の操作によって、リード誤差が測
定できる。
Although this embodiment is directed to a gear hob, the lead error can also be measured with a cutting tool such as a tap by performing similar operations.

また、各演算器14,28.29および変換i27は、
マイクロコンピュータ等のコンピュータを用いてもほぼ
同様の効果を奏する。
In addition, each arithmetic unit 14, 28, 29 and conversion i27 are
Almost the same effect can be achieved by using a computer such as a microcomputer.

以上詳述したように、非接触型光学式ツイーンによるね
じ状切削工具のリード誤差測定装置によれば、次のよう
な効果ないし利゛点がある。
As described in detail above, the lead error measuring device for threaded cutting tools using a non-contact optical tween has the following effects and advantages.

(1)  測定に要する時間が短縮するとともに、デー
タの整理に要する時間が大幅に縮減することによって、
リード誤差の測定がリアルタイムで行なうことができ、
しかも自動的に、かつ容易に行なえる。
(1) By shortening the time required for measurement and significantly reducing the time required to organize data,
Lead errors can be measured in real time,
Moreover, it can be done automatically and easily.

(210,1μmの分解能と標準偏差で0,6μm の
精密度とが実現でき、測定精度が大幅に向上した。
(Resolution of 210.1 μm and accuracy of 0.6 μm with standard deviation were achieved, greatly improving measurement accuracy.

(8)切削工具の大きさによらず、精密なリード誤差の
測定ができる。
(8) Accurate lead error measurement is possible regardless of the size of the cutting tool.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図は本発明の一実施例としての非接触型光学式ツイーン
によるねじ状切削工具のリード誤差測定装置を示すもの
で、第1図はその全体構成図、第2図(a)、 (b)
はいずれもその光学式切刃回転角検出機構の動作を示す
説明図、第3図はその大学式フィーラ機構を示す説明図
、第4[Aはその光学式ツイーン機構における測定状斡
を示す説明ズ、第5Zはその光学式切刃回転角検出機構
のダ、I定状態を示すグラフ、第6図はその光学式切刃
回転角検出機構の要部を示すブロノクス、第7図はその
光学式切刃回転角検出機構のl牛用を示す波形図、第8
図はその測定時における割出し誤差を示すグラフ、第9
図はその光学式ツイーン機構における軸方向変位に対す
る出力電圧を示すグラフ、第10区はその測定時におけ
るリード誤差を示すグラフである。 1・・固定台を構成するベッド、2・・同定台を構成す
る主軸台、2a・・固定台を構成する板、3・・心押台
、4・・移動台、5・・光学式切刃回転角検出機構、6
・・光学式ツイーン機構、7・・ねじ状切削工具として
の歯車ホブ、7a・・軸、8・・アーバー、9・・回転
機構としての駆動腕、10・・特殊直角三面鈍、11・
・反射型オプティカルセンサ、12・・歯車ホブの切刃
、13・・軸回転角測定機構としてのロータリーエンコ
ーダ、14・・第1の演算器、15・・レーザ発生器、
16・・レーザ光線、17・・ハーフミラ−118,1
9・・レーザ光線、20,21.22・・平面鏡、23
・・レーザ光線、′24・・ハーフミラ−125・・拡
大鏡、26・・ピンフォトダイオード、27・・変換器
、28・・第3の演算器、29・・第2の演算器、30
・・光源、31・・ハーフミラ−132,・・第1のセ
ンサとしてのピンフォトダイオード、33・・被測定ね
じ、34・・対物レンズ、35・・円形のピンホール、
36・・マスク、37・・第27)センサとしてのピン
フォトダイオード、39・・差動増幅器としての光電信
号増幅器、40・・ディンタルフリンタ、41・・ぺエ
ンコーダ、42・・光学系、43・・第1の微分器、4
4・・第2の微分器%45・・パルス発生器、45a・
・シュミットトリガ−145b・・単安定マルチバイブ
レータ、A・・軸方向、B・・切刃位置。 代理人 弁理士 飯 沼 義 彦 第6図 14.29 第7図 □I 第8図 リード秋 第9図 第10図 舛iじ起瞥う
The figures show a lead error measuring device for threaded cutting tools using a non-contact optical tween as an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is an explanatory diagram showing the operation of the optical cutting blade rotation angle detection mechanism, Fig. 3 is an explanatory diagram showing the university-style feeler mechanism, and Fig. 4 [A] is an explanatory diagram showing the measurement situation in the optical tween mechanism. Figure 6 is a graph showing the main parts of the optical cutting blade rotation angle detection mechanism, and Figure 7 is a graph showing the optical state of the optical cutting blade rotation angle detection mechanism. Waveform diagram showing the type cutting blade rotation angle detection mechanism for cattle, No. 8
The figure is a graph showing the indexing error during the measurement.
The figure is a graph showing the output voltage with respect to the axial displacement in the optical tween mechanism, and the 10th section is a graph showing the lead error at the time of measurement. 1. Bed constituting the fixed base, 2... Headstock constituting the identification base, 2a... Plate constituting the fixed base, 3... Tailstock, 4... Moving base, 5... Optical cutter. Blade rotation angle detection mechanism, 6
...Optical tween mechanism, 7. Gear hob as screw-shaped cutting tool, 7a.. Axis, 8. Arbor, 9. Drive arm as rotation mechanism, 10. Special right-angled trihedral blunt, 11.
- Reflective optical sensor, 12... Cutting blade of gear hob, 13... Rotary encoder as shaft rotation angle measuring mechanism, 14... First computing unit, 15... Laser generator,
16... Laser beam, 17... Half mirror 118, 1
9...Laser beam, 20,21.22...Plane mirror, 23
... Laser beam, '24... Half mirror 125... Magnifying glass, 26... Pin photodiode, 27... Converter, 28... Third computing unit, 29... Second computing unit, 30
...Light source, 31.. Half mirror 132, ... Pin photodiode as first sensor, 33.. Screw to be measured, 34.. Objective lens, 35.. Circular pinhole.
36... Mask, 37... Pin photodiode as 27th) sensor, 39... Photoelectric signal amplifier as differential amplifier, 40... Dintal printer, 41... Pen encoder, 42... Optical system, 43 ...first differentiator, 4
4...Second differentiator %45...Pulse generator, 45a...
・Schmitt Trigger-145b: Monostable multivibrator, A: Axial direction, B: Cutting edge position. Agent Patent Attorney Yoshihiko Iinuma Figure 6 14.29 Figure 7 □I Figure 8 Lead Autumn Figure 9 Figure 10

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)試料としてのねじ状切削工具をその軸のまわりに
回転させる回転機構が固定台上に設けられるとともに、
上記ねじ状切削工具の回転角度に比例して上記軸の軸方
向に移動する移動台と、同移動台を駆動する移動台駆動
機構とが設けられ、上記ねじ状切削工具の軸方向におけ
る送り量を光波干渉によって」11定する光波干渉式送
り量測定機構と、上記軸の軸回転角を測定する軸回転角
測定機構と、上記ねじ状切削工具の切刃位置に対応する
切刃回転角を検出する非接触型の光学式切刃回転角検出
機構と、上記ねじ状切削工具の切刃の移動台に対する上
記軸方向への相対移動量を測定する非接触型の光学式ツ
イーン機構とが設けられ、上記光波干渉式送り量測定機
構で測定された送り量に対応する信号と上記軸回転角測
定機構で測定された軸回転角に対応する信号とを演算用
入力信号として入力するとともに上記光学式切刃回転角
検出機構で測定された切刃回転角に対応する信号を演算
用制御信号として入力して上記移動台の送り誤差を算出
する第1の演算器と、上記光学式ツイーン機構で測定さ
れた切刃の移動台に対する軸方向への相対移動量に対応
する信号を演算用入力信号としで入力するとともに上記
切刃回転角に対応する信号を演算用制御信号として入力
して上記移動台の上記送り誤差と上記ねじ状切削工具の
リード誤差との差を算出する第2の演算器と、上記の第
1および第2の演算器からの各出力信号を入力して上記
リード誤差を算出する第3の演算器とが設けられたこと
を特徴とする、非接触型光学式ツイーンによるねじ状切
削工具のリード誤差測定装置。 (2)上記光学式切刃回転角検出機構が、上記移動台に
配設され、上記切刃位置を検出する反対型のオグティカ
ルセンサと、同オプティカルセンサからの信号を入力し
てその微分を行なう第1の微分器と、同第1の微分器か
らの1階微分信号を入力して更にその微分を行なって2
階微分信号を出力する第2の微分器と、上記1階微分信
号が正または負のいずれか一方の設定レベルで、且つ、
上記2階微分信号がゼロのとき、パルスを出力する・2
ルス発生器とで構成されている、特許請求の範囲第1項
に記載の非接触型光学式ツイーンによるねじ状切削工具
のリード誤差測定装置。 (8)上記光学式フィー2機構が、光源と、同光源から
の光を透過および反射するノ・−フミラーと、同・・−
フミラーからの透過光を受光する第1のセンサと、上記
ノ・−7ミラーからの反射光を上記ねじ状切削工具の軸
方向に垂直に照射する光学系と、同光学系から照射され
た光のうち上記ねじ状切削工具の上記ねじ山の位置情報
を有する通過光の一部を通すマスクと、同マスクを通る
光を受光する第2のセンサと、上記の第1および第2の
センサからの各光量信号を受けてそれらを差動増幅し出
力する差動増幅器とで構成されている、特許請求の範囲
第1項または第2項に記載の非接触型光学式ツイーンに
よるねじ状切削工具のリード誤差測定装置。 (4)上記ねじ状切削工具が1回転する間に、上記移動
台が同ねじ状切削工具のリード量だけ進むように構成さ
れている、特許請求の範囲第1〜第3項のいずれかに記
載の非接触型光学式ツイーンによるねじ状切削工具のリ
ード誤差測定装置。
[Claims] (1) A rotation mechanism for rotating a screw-shaped cutting tool as a sample around its axis is provided on a fixed table, and
A moving table that moves in the axial direction of the shaft in proportion to the rotation angle of the screw-shaped cutting tool, and a moving table drive mechanism that drives the moving table are provided, and the feed amount in the axial direction of the screw-shaped cutting tool is provided. a light wave interference type feed rate measuring mechanism that determines the rotation angle of the shaft by light wave interference; a shaft rotation angle measuring mechanism that measures the shaft rotation angle of the shaft; A non-contact optical cutting blade rotation angle detection mechanism is provided, and a non-contact optical tween mechanism is provided to measure the amount of relative movement of the cutting blade of the screw-shaped cutting tool in the axial direction with respect to the moving table. A signal corresponding to the feed amount measured by the light wave interference type feed amount measuring mechanism and a signal corresponding to the shaft rotation angle measured by the shaft rotation angle measuring mechanism are input as calculation input signals, and the optical a first arithmetic unit that calculates a feed error of the movable table by inputting a signal corresponding to the cutting blade rotation angle measured by the cutting blade rotation angle detection mechanism as a calculation control signal; A signal corresponding to the measured amount of relative movement of the cutting blade in the axial direction with respect to the moving table is input as an input signal for calculation, and a signal corresponding to the rotation angle of the cutting blade is input as a control signal for calculation to perform the above movement. A second computing unit calculates the difference between the feed error of the table and the lead error of the threaded cutting tool, and each output signal from the first and second computing units is inputted to calculate the lead error. 1. A lead error measuring device for a thread-shaped cutting tool using a non-contact optical tween, characterized in that a third computing unit for calculating is provided. (2) The optical cutting blade rotation angle detection mechanism is disposed on the movable table, and is provided with an opposite type optical sensor for detecting the cutting blade position, and inputs a signal from the optical sensor and calculates the differential thereof. Input the first-order differential signal from the first differentiator and further differentiate it.
a second differentiator that outputs a first-order differential signal, and the first-order differential signal is at a set level of either positive or negative, and
When the above second differential signal is zero, output a pulse ・2
A lead error measuring device for a screw-shaped cutting tool using a non-contact optical tween according to claim 1, comprising a pulse generator. (8) The optical fee 2 mechanism includes a light source, a no-f mirror that transmits and reflects light from the light source, and the same...
a first sensor that receives the transmitted light from the mirror; an optical system that irradiates the reflected light from the No.-7 mirror perpendicularly to the axial direction of the screw-shaped cutting tool; and the light irradiated from the optical system. a mask that transmits a portion of the passing light having the positional information of the thread of the thread-like cutting tool; a second sensor that receives the light that passes through the mask; and a second sensor that receives the light that passes through the mask; A thread-shaped cutting tool using a non-contact optical tween according to claim 1 or 2, comprising a differential amplifier that receives each light amount signal, differentially amplifies the signals, and outputs them. lead error measuring device. (4) According to any one of claims 1 to 3, wherein the movable stage is configured to move by the lead amount of the thread-shaped cutting tool during one rotation of the thread-shaped cutting tool. A lead error measuring device for threaded cutting tools using the described non-contact optical tween.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016075502A (en) * 2014-10-03 2016-05-12 Jfeスチール株式会社 Screw shape measuring apparatus and method for screwed members having hook-shaped flanks
CN113899330A (en) * 2021-08-19 2022-01-07 北京科技大学 Full-automatic measurement system for spiral rib lead of cladding pipe

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CN113899330B (en) * 2021-08-19 2022-11-04 北京科技大学 Full-automatic measuring system for spiral rib lead of cladding pipe

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