JPS60123256A - 回転刃物保持具の回転軸を効果的に射影する方法およびレ−ザ−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】 多くの機械加工操作において、回転刃物を被加工物に心
合せすることは必須の作業である。この心合せはＭ化で
あるため、多くの機械加工操作において、利用可能時間
の少なくとも５０％が被加工物の取付けと位置決めに費
いやされ、実際の切削または機械加工操作に利用し得る
時間は利用可能時間５０％以下にしか過ぎなくなる。こ
の刃物と被加工物の心合せにかがる長時間を要する１つ
の理由はノｂ合せ方法および刃物の多くが複雑且つ不正
確であるためである。

現在、回転刃物と被加工物のほとんどは手作業で相互の
心合せを行なっている。かかる機械加工操作の多くの場
合、この手作業によるノし合せで刃物が被加工物と最初
に接触する点を相当正確に定めることかできる。例えば
、最初に接触するまで刃部な被加工物方向に前進させ、
その後、所望の点において、最初に接触するように、被
加工物および（または）刃物を調整することができる。

上記手作業による心合せで多くの場合、良好な結果が得
られるが、精密上の要求の為、刃物と被加工物を単純に
機械的心合せを行なうだげでは満足できない切削または
刃物加工操作の場合がある。

さらに、上記手作業による心合せは切削刃物と被加工物
とが最初に接触する点を定めることができるのに過ぎず
、被加工物が工作機械の回転軸、刃物保持具および刃物
と心合せする程度を定めることはできない。刃物または
刃物保持具に欠点があり、刃物または刃物保持具の内外
に塵埃が付着し、もしくは操作者が操作上の間違いを犯
すことも極（普通に起ることである。従って、一般的に
、刃物は刃物保持具の回転軸に対しておおよそ、心合せ
させることはできるが、回転軸に対して、幾分、心合せ
角度がずれ、および（または）回転軸から幾分、変位し
てしまうことは不可避である。上記；の場合、刃物の軸
は工作機械および刃物保持具の回転軸と同一直線上にな
いため、切削または機械加工は不完全にしか行い得ない
。

製造工程において、被加工物と回転刃部とが相当距離、
離れた位置にある時点で心合せを行なう必要のある機械
加工操作の場合にも心合せに伴なう問題が生ずる。また
、刃物の被加工物の外面に対する角度を心合せする場合
、もしくは予め平滑にした円筒状穴にねじ立てをする如
く、刃物が被加工物の内側部分に機械加工する場合にも
手作業で心合せすることは困難である。

タービンのような機械の組立てに使用する部品の心合せ
等、多くの用途を有するレーザー心合せ装置が開発され
た。現在のレーザー光線および標的をオ・ｕ用して、軸
に沿った部品の心合せ、ピッチおよび偏揺れの測定と修
正を容易にすることができる。上記装置および機器の例
として、米国特許第４２９７．０３１号および第４３８
２，６８０号に開示したものがある。上記レーザー装置
および機器はまた、本出願人による１９８２年５月２４
日付は米国特許出願第３８上０７９号「レーザーによる
心合せ、誤差検知および修正能力を備える５グリズムモ
ジユール」および同じく本出願人による１９８２年５月
２４日付は米国特許出願第３８Ｌ０７８号「レーザー測
定装置、虚探知針および切削台偏揺れ補正装置」にも開
示されている。

現在利用できるレーザーまたは機械的な心合せ装置また
は方法は極めて多くの望ましい特徴を備えているのに拘
わらず、何れも、回転軸の実像を効率良く且つ正確に射
影し、および（または）被加工物を回転軸に迅速且つ正
確に心合せすることができない。さらに、機械的な心合
せ装置および水準線や水準器を用いる方法では、特に、
距離が大きく離れている場合、水準線が垂んだり、それ
たりすることが知られている。

上記を勘案して、本発明の目的は回転刃物からの回転軸
を被加工物に射影する方法および装置を提供することで
ある。

本発明のもう１つの目的は最小時間内に回転軸を正確に
心合せすることを可能にする方法及び装置を提供するこ
とである。

本発明のさらにもう１つの目的は心合せ角度誤差および
半径方向の心合せ誤差を検知する回転軸の心合せ方法お
よび装置を提供することである。

本発明のさらにもう１つの目的は回転部材内に直接取付
けることのできる回転軸の心合せ方法および装置を提供
することである。

本発明はハウジング内にしっがりと保持した単一直角モ
ードダイオードレーザ−のようなレーザー光線に関する
。該ハウジングは回転部材、特に回転刃物またはチャッ
ク、コレットもしくは主軸のような被加工物保持具内に
直接、取付けられている。

より詳しくは、該ハウジングは１対の両端を偏え、１端
にはＶ−ザー発生要素を配設して、光線を照射させ、他
端には植込み部材をしっかりと固着し且つ伸長させであ
る。はとんどの場合、該スタッド部材は回転可能なチャ
ック、コレット、主軸等で保持することができるような
外径の細長い円筒体とし、従って、取付はスタッド部材
の縦軸は回転刃物または被加工物保持具の回転軸とほぼ
平行である。該取付はスタッド部材はレーザー光線に対
し、はぼ同一直線上にあるが、ハウジングの他端から伸
長していることが望ましい。取付は植込み部材とレーザ
ー光線が絶対的な意味で同一直線上にあることは必要な
いが、以下に説明するように、本装置を標的と共に使用
する全ての場合に、はぼ同一直線上にあることが重要で
ある。特に、取付は植込み部材とレーザー光線がほぼ同
一直線上にあることによって、光線は標的の中央感知部
分に衝突することが確実となる。レーザー光線を取付は
植込み部材の軸に正確に調整することができるよう、調
整ねじが設けである。本装置を回転部材内に正しく取付
ける上で便宜なように、該装置の取付は端にはほぼ平面
状の取付は面を備え、該取付は面を取付はスタッド部材
に対し垂直に配設することが望ましい。該取付は面は主
軸、刃物または被加工物保持具のような回転部材の端部
と平らになるように位置決めすることができる。

本装置のレーザー光線はレーザー心合せ装置に使用され
ている多くの利用可能なレーザー光線を用いて発生させ
ることができる。本装置は自己密閉型固体結晶を基本と
する固体ダイオードレーザ−発生要素を使用することが
望ましい。この特別のレーザー光線発生源はその安定性
、所要電気量が少ないことおよび密度の高い光線を発生
ずることができるという性能によって、望ましいレーザ
ー光線発生源である。１つの望ましいレーザー発生要素
はヘリウムネオンレーザ−である。該装置は硬線により
外部電源に接続するか、または該装置と一体のバッテリ
、その他の電源を使用するか何れかの方法で作動させる
ことができる。

レーザー光線の半径方向の位置および心合せ角度はねじ
等で調整し、レーザー光線と取付は植込み部材とが同一
直線上に位置するようにすることが望ましい。

本発明の心合せ装置は回転刃物と静止被加工物、回転被
加工物と静止刃物または回転部側をその他様々に組合わ
せて使用することができる。しかし、便宜上、静止被加
工物と回転刃物とが極く一般的な状態にある場合の作用
について簡単に説明する。

この特定配設状態においては、本発明による軸心合せ装
置の使用は先ず、該装置の取伺げスタッド部材を回転主
軸またはチャック、コレットのような他の刃物保持具内
に固着して行なう。

該装置は主軸または刃物保持具内にしっかりと取付けた
後に、電気起動され、よって、レーザー光線は被加工物
方向に進み且つ被加工物に衝突する。この段階で、主軸
または刃物保持具は回転していない。従って、レーザー
光線が被加工物または標的に衝突する点は同様に取付け
た刃物が被加工物と接触する点となる。しかし、上述の
ように、回転主軸、刃物保持具等内に取付けた部材の縦
軸が回転工作機誠の真実の回転軸と正確に同−直紛上に
なることはほとんどない。むしろ、レーザー光線は真実
の回転軸に対し角度をつけて心合せされ、および（′！
ｌ：たは）回転軸から変位することの方が普通である。

レーザー光線が真実の回転軸（て対し、実際上、どのよ
うに心合せされていようとも、内部に本レーザー装置を
取付けた主軸および（または）刃物保持具を該回転部材
の回転軸を中心として、回転させることによって回転軸
を正確に定めることができる。主軸、刃物保持具等を完
全に１回転させることにより、正確に取付けられていな
いレーザー装置のレーザー光線は被加工物または標的上
に環を描き、核種の中心は実際の回転軸を示す。該環上
に２またはそれ以上の点を定める方法（例：１８０”の
角度で２点）または主軸、刃物保持具が一部を構成する
機械を起動して、本レーサー装置を回転させ、よって、
完全な環を描くようにする方法の何れかの方法で環の中
心を定めることができる。しかし、回転部材を実際に作
動させて、環および回転軸の射影を行う場合でも、装置
は硬線を使用して、電源に接続するよりもバッテリのよ
うな一体式電源を備えるのが普通である。

手作業により、猿の中心を実際に定めることは可能であ
るが、ノ・−マー、レーザー、インストルメンツ。イン
コーホレーテッド（）（ａｍａｒ　ＬａｓｅｒＩｎｓｔ
ｒｕｍｅｎｔｓ　Ｉｎｃ　）が製造するモデルＴ−２０
４と同様の標的または上述した幾多の特許および特許出
願により開示された標的を使用して定めることが望まし
い。

本発明の好適実施態様について説明する。第１図におい
て、本発明によるレーザー装置は全体として符号１０で
示しである。該装置１ｏは作動することにより、被加工
物１４または標的のような同様の目的物上にレーザー光
線１２を投与する。

該装置１０はハウジング１６を備え、該ハウジング１６
は取付端１８がある。第１図に示すように、ハウジング
１６からは１対の電線２ｏが伸長している。該電線２０
はレーザー装Ｒ１ｏの外部となる電源（図示せず）から
伸長し、ハウジング１６内に取付けたレーザー発生要素
２１に対し電気を供給する。

レーザー装置１０の取付端１８は円筒状の取付は植込み
部材２２およびほぼ平面状である取付面２５を備えてい
る。該取付は植込み部材２２は取付面２５に対し垂直と
なるよう精密に製造されている。取付は植込み部材２２
が取付面２５に対し垂面方向に心合せされていることは
、レーザー装置１０を相当に良く心合せした状態で取付
ける上で便宜である。取付は植込み部材の長さおよび直
径はレーザー装置１０と共に使用する刃物保持具の寸法
によって定まる。一般に、取付は植込み部材２２は長さ
約１．９　ｃｍ　（”４　”　）　、直径１．２７ｃＷ
ｒＬ（０，５“　）である。第２図に最も明瞭に図示す
るように、取付は植込み部材２２およびレーザー光線１
２の縦軸は符号２６で示すように共通となる。

上述したように、レーザー装置１０のレーザー糾立体１
６は第１図に示すように、電線２０で外部電源に接続す
る方法または第２図に示した空洞２７のような内部に取
付けた電源を用いる方法の何れかの方法で作動すること
ができる。内部電源の使用を容易にするため、レーサー
装置１０は光源として固体ダイオードレーザ−発生要素
を採用するのが得策である。例えば小型の自己密閉型固
体結晶は所袈電気量が少なく、１本の９■乾電池で作動
することができるため、この目的上、望ましい。固体ダ
イオードレーザ−発生侠素もまた、１６、ｓｍ（５０’
　）以上熱れた距Ｋ（でも正確に心合せすることが可能
な密度の高い光線を発生する点で望ましい。詳しくは、
この光線の１６５ｍ（５０’）の距りにおける分解能は
０．００１インチである。レーザー波長は約６００乃至
９００ｎｔｎであることが望ましい。この長い波長は漂
遊空気流の影響を受けることが少なく、従ってレーザー
装置の作動を安定させることができる。許容できること
の分かったレーザーダイオードは三菱レーザーダイオー
ドＭＬ−３１０１およびＭＬ−３４０１、エッグテレフ
ェンケｙ　（Ａｅｇ−Ｔｅｌｅｆｕｎｋｅｎ　）の製造
する幾多のレーザーダイオードである。

第１図に戻ると、レーザー装置１ｏはチャックまたはコ
レットのような回転刃物保持具内に取付げた状態が示し
てあり、該刃物保持具は主軸２９に取付けられ、該主軸
２９は作動中、縦軸３ｏを中心として回転する。上述の
ように、レーザー装置１０から発生されたレーザー光線
１２およびレーザー装置１０の取付は植込み部材２２０
鞭軸２６は共通である。しかし、第１図に示すように、
レーザー光線１２の縦軸２６は回転主軸２９の回転軸と
同一直線上にはない。むしろ、刃物保持具２８または主
軸２９内の心合せ誤差または不正確に起因して、レーザ
ー光線１２は回転軸３ｏに対して、角度をつけて、心合
せされる。第１図に示したように、レーザー光線１２は
回転軸３０と交差する。しかし、他の場合には、レーザ
ー光線１２は回転軸３０に対し平行ではあるが、該回転
軸３０から半径方向に分離され、またはレーザー光線１
２および回転軸３０を相互に斜めになるようにすること
ができる。レーザー光線１２と回転軸３０とが同一直線
上で心合せされないこと、主軸２９が回転軸３０を中心
として回転することにより、レーザー光線１２は被加工
物１４上に現３２を形成する。該現３２０寸法は当然、
刃物保持具２８または主軸２９内におけるレーザー装置
１０の心合せ誤差の程度およびレーザー装置１０と被加
工物間の距離によって定まる。実際上、猿３２の寸法は
説明の目的上、ここに図示した距離の場合、第１図に示
した寸法より、はるかに小さいであろう。しかし、レー
ザー光線１２が回転軸３０に対して、有する心合せ誤差
の程度によって、常に猿３２が形成される。さらに、環
３２の中心３４は常に回転軸３０の真実の射影体を表わ
す。

取付は植込み部材２２およびレーザー光線１２が同一直
線上にない場合でさえあっても、レーザー光線１２は被
加工物１４上に環３２を描き、核種３２の中心３４は回
転軸３０上に位置する。しかし、上述したように、取付
は稙込み部材２２とレーザー光線１２はほぼ同一直線上
にあることが望プしい。両者がほぼ同一直線上にあるこ
とによって、大きな環３２となる可能性はなくなり、従
って、標的を正確に使用することができる。レーザー光
線１２の心合せを正確に調整し、取付は植込み部側２２
と同一直線上またはほぼ同一直線上に位置するようにす
るため、調整ねじ３３が設けである。

回転軸３０および猿３２の中心３４は第１図に図示しで
あるか、回転軸３０および被加工物】４上への回転軸３
０の射影とも肉眼で見ることのできないことは当然であ
る。しかし、被加工物１４への回転軸の射影を定める点
３４は容易にめることができる。例えば、刃物保持具２
８および主軸２９が静止している際に、レーザー装置１
０を起動して、レーザー光線１２が被加工物１４上に点
３２ａを形成するようにすることができる。該点３２ａ
は当然、環３２上の１つの位置である。

レーザー光線１２が位置３２ｂで被加工物上に射影され
るように、主軸２９を１８０°回転させることができる
。回転軸３０の被加工物上への射影体３４はレーザー光
線１２の射影体３２ａおよび３２ｂとの中間位置にある
。この寸法は主軸２９を他の位置角度まで回転させるこ
とによって点検することができる。

上述した方法とは別の方法として、レーザー装置ではな
く刃物を内部に取付けた如く、通常の方法にて、主軸２
９を回転させることによって、射影体３４を定めること
ができる。このようにして、被加工物１４上に完全な猿
３２を射影することができる。環３２の中心は手作業ま
たは被加工物１４上に標的を取付け、環３２の中心３４
を自動的に計算する方法の何れかによって計算すること
ができる。例えば、上述したような標的は刃物で穿孔す
る穴の所望の中心点に対する所定の位置に取付けること
ができる。次いで、中心３４が回転軸３０の標的上にお
ける所望の射影体３４と異なる程度に応じて、被加工物
１４または刃物保持具２８を調整することができる。

レーザー装置１０を上述したような標的と共に使用する
状態は第４図に示しである。より詳しくは、レーザー装
置１０の取付は植込み部材２２は回転工作機械３６の刃
物保持具内に取付けである。

この場合、工作機械３６の使用目的は被加工物１４の穴
３８および４０にねじ立てすることである。レーザー光
線１２が衝突する点の位置を識別することのできる標的
４２は被加工物１４０開口３８に隣接して取付け、その
中心を開口３８および４０に対して心合せする。さらに
、標的３４は刃物保持具２８内にて回転するレーザー装
置１０によって形成される環の中心を計算する作用をす
る。このため、レーザー装置１０および刃物保持具２８
を回転させることによって、標的４２で刃物保持具２８
の真実の回転軸を容易にめることができる。被加工物１
４の位置を調整して、開口３８および４０の実際の中心
が標的４２にて計算するように回転軸３０と同一直線上
に位置するようにすることができる。

徽約すると、回転軸を効果的に射影するレーザー装置が
設けである。該レーザー装置は取付端を有するハウジン
グを備えている。レーザー組立体を電源に接続して、取
付端と反対のハウジング端からレーザー光線を射影する
ことができる。取付端は縦軸がレーザー光線とほぼ同一
直線上に位置する細長い取付け４％込み部材を備えてい
る。作動時、取付は植込み部側は工作機械の回転部材中
に取付けられ、取付は植込み部材の縦軸は回転軸とほぼ
Ｉし合せした状態とする。工作機械を回転させることに
よって、レーザー光線は被加工物上に環を射影し、該壊
の中心は真実の回転軸上の点を表わす。

【図面の簡単な説明】

第１図は被加工物上に光線を射影する本発明による軸射
影装置の斜視間、第２図は本発明による軸射影装置の側
面図、第３図は第２図に示した装置の端面図、第４図は
標的および被加工物を断面図で示した軸射影装置の正面
図である。 １０・・・レーｆ−装！、１２・・・レーザー光線、１
４−・・被加工物、　１６−・・ハウジング、２１・・
・レーザー発生要素、 ２２・・・植込み部材、　２８・−・刃物保持具、３２
ａ、３２　ｂ　・・・射影体、 ３４・・・中心、　３６・・・工作機械、３８．４０・
・・開口、　４２・・・標的。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　回転部材の回転軸を前記回転部材から間隔を置い
   て配設した目的物上に射影する方法において、 前記回転部材内に取付けるための取付は栢込み部材を備
   えるレーザー発生源を設ける段階と、レーザー発生源を
   電気的に起動して目的物上にレーザー光線を射影する段
   階と、 前記回転部側を回転軸を中心として回転させ、レーザー
   光線が目的物上に猿を描くようにする段階と、および 壌の中心を定め、よって、猿の中心が前記回転部材の軸
   の射影体を形成するようにする段階とを備えることを特
   徴とする前記方法。 ２　回転刃物または被加工物保持具の回転軸を前記刃物
   または保持具から間隔を置いて配設した目的物上に効果
   的に射影するレーザー装置において、 第１端およびこれと反対側に第２端を有するハウジング
   と、 前記ハウジングの第１端に固定接続され且つ前記第１端
   から伸長するおおむね細長い取付は植込み部材であって
   、回転刃物または被加工物にて、縦軸が回転刃物または
   被加工物保持具の回転軸とほぼ心合せした状態で保持で
   きる寸法および形状をした前記取付１棺込み部材と、お
   よび前記ハウジング内に取付けられ且つ前記ハウジング
   の第２端からレーザー光線を射影し、前記取付は植込み
   部材の縦軸とほぼ同一直線上にあるように配設したレー
   ザー発生要素とを備え、前記取付は植込み部材を回転刃
   物または被加工物保持具にて保持するとき、前記レーザ
   ー発生璧素から射影されたレーザー光線が目的物上で現
   を描き、前記猿の中心が回転刃物または被加工物保持具
   の回転軸の射影体上における点を定めるようにしたこと
   を特徴とする前記レーザー装置。 ３　前記取付は植込み部材が円筒状であることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載したレーザー装置。 ４　ハウジングの第１端がさらに、取付は植込み部利に
   対して、はぼ垂直に配設した平面状の取付面を偏えるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載したレーザ
   ー装置。 ５　レーザー発生要素が単一な直角モードダイオードレ
   ーザ−であることを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載したレーザー装置。 ６　前記レーザー発生要素を外部電源に電気的に接続す
   る手段を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載したレーザー装置。 ７　電源を収容する内部部分を備えることな特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載したレーザー装置。 ８　電源を収容する前記内部部分が９Ｖ乾電池を収容で
   きる寸法と形状であることを特徴とする特許請求の範囲
   第７項に記載したレーザー装Ｒ９９、レーザー発生要素
   の取付は植込み部利に対する心合せを調整する少なくと
   も１つの調整ねじを備えることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載したレーザー装置。 １０、回転部材の回転軸を前記回転軸から間隔を置いて
   配設した目的物上に効果的に射影するレーザー装置にお
   いて、 回転部材に着脱可能に取付けられるようにした取付は部
   材と、および 取付は部側に固着し且つ回転部材から、間隔を置いて配
   設した目的物に向けてレーザー光線を射影するように配
   設したレーザー発生装置とを備え、よって、取付は部材
   を回転部材に取付けたとき、レーザー発生要素から射影
   されたレーザー光線が目的物上に現を描き、前記環の中
   央が回転部材の回転軸上に位置するようにしたことを特
   徴とする前記レーザー装置。 １１、回転部材がチャックまたはコレットであり、且つ
   取付は部材がチャックまたはコレットに取付けることが
   できるようにした細長い取付は植込み部材を備えること
   を特徴とする特許請求の範囲第９項に記載したレーザー
   装置。 １２、取付は植込み部材が円筒状であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１１項に記載したレーザー装置。 １３、レーザー発生要素によって射影されるレーザー光
   線が取付は植込み部材の縦軸とほぼ同一直線上にあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載したレー
   ザー装置。 １４、レーザー発生要素から射影されたレーザー光線の
   取付は植込み部材に対する心合せを調整する手段を備え
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載した
   レーザー装置。 １５、取付は部材が細長い取付は植込み部材とおよび平
   面状の取付面とを備え、前記取付は植込み部材が前記取
   付面に接続され且つ前記取付面から垂直に伸長し、前記
   取付は植込み部材がレーザー発生要素によって射影され
   たレーザー光線とほぼ同一直線上にあるようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載したレーザ
   ー装置。 １６、レーザー発生要素が固体ダイオードレーザ−であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記載した
   レーザー装置。 １７　固体ダイオードレーザ−がヘリウムネオンレーザ
   −であることを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記
   載したレーザー装置。