JPS60111913A - 非接触回転精度測定装置 - 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】 この発明は工作機械等の回転軸の回転精度を測定り−る
ための測定装置に関づるものである。

近年の精密機械工業、精密光学工業の分野にお（］る要
要求加工度が高まるのに伴い、超精密工作機械の開発が
盛んに試みられるようになってきた。

超精密工作機械においても回転軸は最も重要な構成要素
であり、回転軸の性能のいかんにより加工面の形状精度
、表面粗さの程度が決定されるといっても過言ではない
ので、回転軸を製作し、その回転精度を正しく評１１ｉ
する技術の確立が要請されている。

例えば旋盤等の工作機械においては、主軸の回転精度が
被削材の加工精度と密接な関連をもつため、主軸の回転
Ｐｉ度を向上さ拷るために多くの努力が払われてぎてお
り、またこれに伴って主軸の回転精度を測定し主軸の回
転ＩＩｓ瓜が良くなるにうに設計に反映させることが必
要とされる。主軸の回転精度を測定Ｊ−る技術としては
従来から各種のものが開発されてきているが、例えば、
１ｉｊｕ　ｆｌｉｔにあっては、測定結果に主軸の回転
精度成分（主軸の回転振れによるもの）と被剛材の形状
成分（被剛材の形状に原因する振れによるもの）との両
省が含まれており、従って主軸の回転精度成分だりを正
４１「に知ることが困難であった。そこで次に真円と見
做しキラる程度の烏粕１（にＩＪ１１工した１ｌｌｌｌ
定川リングあるいは球を主軸に取（ｊけ、さらに回転角
度信号を得るためにロータリエンコーダを取（ｊｌ　４
］、このリング若しくは球の回４１八を測定Ｊる方法が
開発されている。しかしながらこのプＪｖ１はしンリが
ａｌｌｌ定用リングあるいは球を二ｌ：１’ｄｌにとり
つ【ノることを必要とし、かつロータリ：Ｌンニ１−グ
し１Σ’＋　Ｆｌｌｌ！　ｓｖ＋であるため、測定自体
が触圧にＪ、り回転軸の回転に影響を与えることになり
、また、加工中の回転ｆｌｌＩ度の評価が必ずしも容易
でないことτノの問題があり、なお回転軸の回転精度を
正しく測定１ノることが困難℃あった。

この発明は上記のごとき事情に鑑みてなされたしのであ
って、非接触で、従って測定自体が回転軸の回転に影響
をあたえることなしに、回転軸の回転粘度を正しく　ｉ
ｉ’ｌ’　ｆ＋［ｉ　’ｔｌることがぐきる工作機械等
の回転軸の回転精度測定装置を提供することを目的とす
るものである。

この目的に対応して、この発明の非接触回転精庶測定装
間は、同一平面内に位置１−る３個以上の非接触型の変
位計を回転体の被測定面に対向させて固定位１６に配設
し、前記回転体の運動を前記変位側によって測定し、前
記回転体の回転軸の回転粘度成分とＩＤ）転体の形状成
分とを含む前記変位ｉ１の出力信号から前記形状成分を
検出して区別し、前記変位ｉｉｊの変位出力信号を前記
回転体の形状に基づく変位について補正することにｊ、
つて＾ｆ１記回転回転体転軸の回ｑいｉｉｌ良を測定づ
る回１１〃軸の回転精度測定装置であって、非接触１１
２ヒンサにより１回転１パルス信号を検出し、前記仏弓
を逓４８回路により前記回転体の回転に同期したザンプ
ルク１」ツク信号を発生させ、前記ザンブルクロツク悟
シＪにより前記変位Ｂ１からの出力をリンプルＪるＪ、
うに構成したことを特徴としＣいる。

以下、この発明の詳細を一実施例を承り図面について説
明する。

第１図及び第２図はこの発明を回転軸のラジアルモーシ
ョンに関する回転精Ｉｆの測定に適用した実施例を示し
ている。

第１図において、１は回転精度を測定しようとする回転
＠２に取すイ旧Ｊられ１こ被１°ｉｌｌ　４Ａであり、
被削材１の特定断面を含む平面内に３個の変位旧Δ、Ｂ
、及びＣを配置１ｆｆｉ、’ｌる。変イず昌１△、Ｂ１
及びＣとしては静電各町型変位計、渦電流形変位晶１、
イの他任意の変位計を使用づることがでさる。回転中の
被削材１の運動を変位側Δ、［３、ＣにＪ、って測定づ
る。変位Ｌ１八、Ｂ、及びＣの出力には回転軸の回転精
度成分だけでなく被剛材１の形状成分も含まれる。変位
Ｊ１の出力から形状成分を検出し、その分を変位計の出
力について補正する。この実施例では被ｊ＋＋月形状の
検出に３点法真円庶測定ｖ１を応用し、したがって被削
Ｈの形状の検出は次の演算によってなされる。

３個の変位計△、］３、Ｃの中心をＯとし、変位旧聞の
角度をφ、τどする。また点０を通る直角座標系をＸ−
■とし、ｙ軸からの軸の回転角度をθどする。被剛材の
回転中心Ｏ′（よ一般に（よ０点と一致しないがＯ′は
０点の近傍にあｌこるＩこめ、被削材の平均半径をｒｏ
として、被剛材の形状は次のように表わされる。

１・（θ）−ｒｏ＋Σ（Ａ４　ｃｏＳｋ　（Ｌ＋　Ｉｍ
ＪＩ、　Ｓｉｎ　ｋ　Ｏ）ｔ＝１ ・・・（１） このとき各変位側の出力Ｓａ　１Ｓｂ　、Ｓｃは次のよ
うに与えられる− Ｓａ　＜θ）＝Ｒａ　−ｒ（０）−’ｌ　・　（２）Ｓ
ｌｊ　（０）＝Ｒ１＋　−ｒ（０−φ）　−ｙ　ｃｏｓ
φ（−ｘｓｉｎφ　・・・（３） ＳＣ（θ）＝ＲＣ−ｒ（θ＋τ）　−ｖ　ｃｏｓτ−ｘ
　ｓｉｎτ　・・・（／Ｉ） ここでＲａ　、Ｒ１）、Ｒｃは各変位ｎ１ど点Ｏの間の
距離、ｘ、ｙは被削材の変位成分、すなわち軸の回転精
度成分に対応するものである。次に各変位ｖｉの出力に
係数１、ａ、１）を乗じ加え合わＵるど、合ｔＩ出力は
次のようになる。

Ｓ（θ）＝Ｓａ（θ）＋ａ−８ｂ　（０）＋ｂ　−５Ｃ
（θ〉 ＝Ｒａ　＋ａ　Ｒｂ　十ｂ　［（ｃ ｒｏ　（１＋ａ　−１４＋　） ＋ｘ（ａｓｉｎ　φ−ｂｓｉｎｒ） ｍｙ　（１＋ａ　ｃｏｓφ＋ｂ　ｃｏｓτ）−Σ（（Ａ
Ａ　（１−＋−ａ　ｃｏｓ　ｋφ表＄１ ＋ｌ）　ＣＯ３ｋτ〉→−［３Ａ　（ｂ　ｓｉｎ　ｋτ
−ａ　ｓｉｎ　ｋφ）　）　ＣＯ３ｋ　Ｏ＋　（ＢＪ　
（１−＋−ａ　Ｃ０８ｋφ十ｂ　ｃｏｓ　ｋ　ｒ　）十
△Ａ　（ａ　ｓｉｎ　ｋφ−ｂ　ｓｉｎ　ｋ　ｒ）　）
ｓｉｆｔ　ｋθ〕・・・（５） ここで どなるＪ：うにａ、ｂ、φ、τを選択りれば式（５）は
×、ｙと無関係となる。ざらに と変換すれば、式（５）は次式のようになる。

Ｓ（θ）　＝Ｒａ　＋ａ　Ｒｂ　＋ｂ　Ｒｃ−１・ｏ（
ｉ＋ａ＋ｂ） 一Σ（（Ａ義α美＋１３ＬβＡ　）　００３　ｋθ勧１ ＋　（ＢＡ　αＡ　−ＡＡ　ＢＡ　）　ｓｉｎ　ｋ　θ
〕・・・（ε３） Ｓ（θ）のフーリエ係数をＦｊ−１ＧＡとおくとである
から、これにより被剛材形状のフーリエ係数がめられる
。すなわら ・・・（１０） 式〈１０）によりめられたΔ通、ＢＡを式（１）に代入
してめられるｒ（０）の推定量を１゛とし、１１″：ｉ
流分子ｊ１Ｒａ　、Ｒｂ　、Ｒｃを除去づると式（２）
、（３）、（４）は次のように表わされる。

・・・（１１） 式（１１）より被削材の変位成分、すなわら主軸の回転
誤差成分の推定量が次のにうにめられる。

・・・（１２） 主軸の回転角の検出には回転角磨検出菰買１１を使用す
る。回転角麿検出）ね置１１４ｉＬ第２図にノ」＜すよ
うに、非接触型のものを使用する。非接触型回転角度検
出装置１１としては電磁式ピックアップその他の各秤の
ものを使用し１町ノるが、ここでは反射テープ１２とオ
プチカルレンリ”１３を備えたしのを使用している。

反射テープ１２は被削材１を保持するチャック１４上に
貼りイ］けられ、この反則テープ１２の回転軌跡上の１
ケ所に対向してオプチカルレンザ１３がチャック１４と
は非接触状態で配設され−Ｃいる。

Ａプヂカルヒンザ１３はチャック１４の回転を１回転ご
とに反射テープ１２からの反射光によって検出し、その
信号を光電変換装置１５を介して処理装置１６に入力す
る。一方変位計Ａ１１３及びＣからの信号を増幅器１７
を介して処理装置１６に入力する。処理装置１６では内
蔵の逓倍回路にＪ、す、１回転１パルスの信号から、回
転に同期したリンプルクロックを発生し、これにより３
ヂＶンネルの変位ｆｆ１ＡＸＢ及びＣからの出力を骨ナ
ンブルし、３点法回転精度測定法に−一り処理して、回
転精度を測定りる。

測定結果はＸ−Ｙプロッタ１８によりハードコピーとし
て入手するこがでさる。

以上の処理の手法については昭和５５年特許出願公開第
８２００８号公報に詳細に記載されておリ、またここで
用いる逓倍回路としては任意のものを用いることができ
、例えば、昭和５０年特許出願公告第３８５４１公報及
び昭和５１年特許出願公告第１６２５０号公報に記載さ
れたもの等を用いることができる。

以上のように構成されたこの発明の回転軸の回転績１臭
測定装置では、回転精度の解析に必要な回転軸の回転角
度の信号を１りるのに、逓倍回路を使用することにＪ：
す、［１−タリーエンコーダ等を主軸に取イ］ける必要
がなく、非接触型の変位工！や回転角度検出装置の使用
とあいまって、完全にノ１接触で回転精度や回転体の真
円度を測定することができる。

以上の説明から明らかな通りこの発明に上れば回転軸の
角度的な振れや軸の軸心方向の出入の測定が可能で回転
軸の回転精度を正しく評価することかできる回転軸の回
転精度測定装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は被削材と変位翳１との配設関係を示ず説明図、
及び第２図はこの発明の一実施例に係わる回転軸の回転
精度測定装置を示づ構成説明図である。 １・・・被削Ｉ　２・・・回転軸　１１・・・回転角度
検出装置　１２・・・反射テープ　１３・・・オプチカ
ルレンサ　１５・・・光電変換装置ｉｉ２　１６川処理
装置　１７・・・増幅器 復代即人弁理士　川　井　治　男

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同一平面内に位置する３個以上の非接触型の変位計を回
   転体の被測定面に対向させて固定位置に配設し、前記回
   転体の運動を前記変位轟１によって測定し、前記回転体
   の回転軸の回転精度成分と回転体の形状成分とを含む０
   １ｊ記変（ｆ／、　Ｈｌの出力信号から前記形状成分を
   検出して区別し、前記変位ｉｉｌの変位出力信号を前記
   回転体の形状に塁づく変位について補正することによっ
   て前記回転体の回転軸の回転精度を測定づる回転軸の回
   転ｒｉ′ｉ瓜測定ＭＭｔであって、非接触型ヒンリ゛に
   より１回転１パルス信号を検出し、前記信号を逓倍回路
   により前記回転体の回転に同期したザンプルクロツク（
   、Ｕ号を発生させ、前記ザンプルクロツク信号により前
   記変位計からの出力をザンブルするＪ、うに構成したこ
   とを特徴とする非接触回転精度測定装置