JPS60213807A - 直角度測定装置 - 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】 本発明は直線運動をする移動体の姿勢の移動方向に対す
る直角度を測定する装置に関する。

例えば工作機械の主軸二ニツ）１−搭載したサドル等の
ような直線運動をする移動体においては、その匝線運Ｗ
ＩＪｔ−案内する案内部材の真直度不良や移動体の１諏
による案内部材の変形等に１って、移動体の姿勢が傾い
て移動方向に対するその厘角度が変化する。この直角度
の変化は、前記の工作機械の場合には主軸先端に装着さ
れた切削工具の刃先位置の偏倚を惹起し、これが被加工
物の加工誤差の原因となるという問題がある。

このことを第１図に示す工作機械についてさらに詳述す
る。第１ｗＩＪｉｉガントリー移動型大型工作機械の概
略正面図ｔ−表わしており、第１図において、フロアｌ
上に紙面に垂直なＸ軸方向に延びるベッド２　ｍ、、　
２　ｂが図示しない複数個のジヤツキを介して固設され
ると共に、ベット。

２ａ、２ｂ上に祉それぞれコラム３ａ、３ｂが載置され
、コラム３ａ、３ｂはベッド２ａ、２ｂ上に設けられた
摺動面で案内されて図示しない駆動装置にＬ′）てＸ軸
方向に駆動位置決めされるようになっている。１ｍ、コ
ラム３ｍ、３ｂ上端部にはブリッジ４が掛渡して固定さ
れる。

ブリッジ４にはＹ軸方向に沿って案内部材５゜６及びウ
オームラック７が固定されており、そこに移動体である
サドル８が取付けられる。サドル８は案内部材５．６に
ＬｐＹ軸方向に摺動自在に案内されると共に、サドル８
に設けられたＹ軸駆動モータ９、ギヤボックス１０にＬ
シ駆動されるウオーム（図示せず）がウオームラック７
と噛み合うことでＹ軸方向に駆動位置決めされる。さら
に、サドル８にはラム１１が取付けられ、ラム１１はサ
ドル８に設けられた図示しない摺動面で２軸方向に案内
されて図示しない駆動装置にＬつて２軸方向に駆動位置
決めされるようになっている。ｔ？ｃ、ラム１１内には
図示しない軸受にＬシ主軸１２が支承されていて、主軸
１２はラム１１の上部に設置された主モータ１３にＬ９
ギャメツクス１４に介して回転駆動される。主軸１２の
下端には図ボしない切削工具が嵌着され、それに１９、
フロア１上に固設されたテーブル１５上の被加工物（図
示せずンが切削加工される１うになっている。

このＬうな大型工作機械において、サドル８がＹ軸方向
に移動するとサドル８の移動重量に↓りてブリッジ４が
変形し、サドルＢｔｉＺ軸の負の方向（下方ンへ偏倚す
るが、この沈み童はサドル８がブリッジ４の中央部にあ
るときに最大となる。従来この沈み量を補正するために
、サドル８の重量を負担する案内部材５の摺動面に修正
研摩加工を施して傾向付けｔ行っているが、これに↓シ
サト°ル８の２軸の負の方向への偏倚は矯正されるもの
の、傾向付けの仕方にふってはサドル８のＸ軸まわシの
回転０ｘが生じるという問題がある。これは、ラム１１
のサドル８に対する突出量りが大きい場合には一転０ｘ
に１つて惹起されるラム１１のＹ軸方向の変位量が大き
くなり、主軸１２に嵌着される切削工具−の刃先位置ｔ
−Ｙ軸方向に偏倚させて加工誤差の原因となっている。

一方、この↓うなサドル８のｘｓｔｔ）ｐの一転Ｏｘは
ブリッジ４の熱変形に工２ても惹起される。すなわち、
室温変化や案内部材５，６とサドル８との間に供給され
る潤滑油の温度変化等に１ってブリッジ４？Ｉ−構成す
る部材の温度変化による熱歪みが発生すると、その一部
はＹ軸方向への熱歪みとなって表われる。この熱歪みの
一部はＹ−Ｚ平面内におけるコラム３−ａ、３ｂの傾な
変形を惹起すると共に、一部はブリッジ４のＹ−Ｚ平向
内における彎曲を惹起する。このブリッジ４０Ｙ−Ｚ平
面内における彎曲紘サドル８のに＠まわシの回転０ｘの
一因となる。

上述のサドル８の一転０ｘによる不具合はブリッジ４の
Ｙ軸方向の長さが小さ馳場合に社それ程問題と控ならな
いが、ブリッジ長が１０ｍの大型工作機械やブリッジ長
が２０隼にもなる超大型工作機械では深刻な問題となっ
ている。

ところが、従来サドル８のＸ軸まわシの（ロ）転変位置
を精度工（検知する測定装置がなかつπため、案内部材
５の摺動面を修正研摩して行う傾向付けの最適形状の研
究や、回転変位１′忙検知して補正するいわゆる機上計
測補正装置の研究の立遅れｔ招来している。この種の測
足ｆ装置としてＪ例えばサドル′８の上面に電気レベル
計を設置することが考えられるが、１を気レベル計は取
付面の部材の局部的変形に１つても回転変位を出力して
しまい、サドル８全体のｂ２１転変位會精度↓（測定す
ることは困難であり、また長時間使用すると原点（零点
）がドリフトするという不具合があり笑用的でない。ま
た、嬉２図に示すように、案内部材１６で案内されて矢
印ａ方向に駆動位置決めされる移動体１７にペンタプリ
ズム１８と中導体位置検出ａｘ９＊対向して設置し、矢
印ａ方向に沿う光路２０　’ｔｍつてレーザー光ｔベン
タグリズム１８に入射１せてそこでレーデ−光を矢印ａ
方向と直変する矢印す方向に沿う光路２１に変更すると
共に光路変更されたレーザー光を半導体装置検出器１９
の受光面に入射させ、それに工υ半導体装置検出器１９
の出力に基づいて移動体１７の姿勢の移動方向（矢印ａ
方向ンに対する傾き角度すなわち直角度を測定する方法
も考えられる。しかしこの方法には測定精度に問題があ
る。すなわち、ペンタプリズム１８は第３図に示す↓う
に、光路２０をそれと直交する光路２１に光路変更する
ものであるが、第３図中破線で示すように入射光がδだ
け変位すると、反射光も同じδだけ変位するという性質
を持っている。そのため、第２図において光路２０とペ
ンタプリズム１８とが矢印す方向に相対変位すると、そ
の相対変位量と同じ変位量が光路２１と半導体装置検出
器１９との間にも生じ、それが半導体装置検出器１９の
出力に混入してしまい、直角度を測定するという目的に
対しては測定精度が不充分なものとなってしまうのであ
る。

本発明は上述したペンタｌリズムにおける問題点を解決
し、直線運動をする移動体の姿勢の移動方向に対する直
角変音精度良く測定できる直角度測定装置を提供するこ
と上目的としている。　、 この目的を達成するための本発明にかかる直角度測定装
置の構成は、移動体の一方のストローク端近傍から該移
動体の移動方向に沿って２本の平行なレーザー光を発射
するレーザー光発射装置と、前記移動体上に設けられ前
記２本のレーザー光の一方が入射される受光面を有する
第１の半導体装置検出器と、前記移動体上に前記第１の
半導体装置検出器に瞬接して設けられると共に前記２本
のレーザー光の他方が入射されて該レーザー光ｔ−直角
に光路変更するベンタグリズムと、前記移動体上に前記
ペンタプリズムと対向して設けられ該ペンタプリズムに
１９光路変更されたレーザー光が入射される受光面を有
する第２の半導体装置検出器とｔ有し、前てこれら半導
体装置検出器の出力に基づいて前記−動体の姿勢の移動
方向に対する直角度を測定することｔ−特徴とする。

以下本発明の一笑施例七図面に基づいて詳細に［ｓ！明
する。

第４図は本発明の一笑施例の概略構成図であり、第４図
において、移動体２２紘案内部材２３の摺動面に１って
矢印ａ方向に摺動自在に案内されて直線往復運動可能に
支持され、図示しない駆動装置に１って駆動位置決めさ
れる工うになっている。案内部材２３の一端には移動体
２２０ストローク端近傍に取付部材２４が固定されてお
り、取付部材２４上にレーザー光発生源であるレーザー
ヘッド２５と、そのレーザーヘッド２５から発射された
レーザー光を分光、変向する２個のび一ムスデリックー
２６．２７と。

そのビームスプリッタ−２７からの直進レーザー光を変
向するビームベンダー２８とからなるレーザー光発射装
置２９が設置され、そこからビームスプリッタ−２６，
２７，ビームペンダ一２８に↓シ形成される移動体２２
の移動方向に沿った互いに平行な３本のレーザー光路３
０ａ。

３０ｂ、・３０Ｃｔ通ってレーザーヘッド２５７Ｊ＞ら
のレーザー光が発射される。取付部材２．４には熱膨張
率が小さく且つ剛性の高い材料１例えばアンバーあるい
ｔｒｉ　ＣＦＲＰ　（炭素繊維強化プラスチック）等が
用いられると共に、レーザーヘッド２５、ビームスノリ
ツタ−２６，２７、ビームベンダー２８はそれらの相対
位置が変イヒしないように強固に取付部材２４に固定さ
れている。　−一方、移動体２２には第１のレーザー光
路３０ａに対向する位置に第１の半導体装置検出器３１
を取付け、その受光面に嬉１のレーザー光路３０ａ’ｉ
通るレーザー光が入射されるようにする。また、移動体
２２にはさ、らに第１の半導体装置検出器３１とＶ＃接
する位置に第２のレーデ−光路３０ｂ′に通るレーザー
光が入射されるベンタグリズム３２を取付けて、そのレ
ーザー光を第２のレーザー光路３０ｂと直交するレーザ
ー光路３３に光路を変更させると共に、レーザー光路３
３の先にそのベンタグリズム３２に対向させて第２の半
導体装置検出器３４ｔ−設けてその受光面にレーザー光
路３３ｔ−通るレーザー光が入射される１うにする。

さらに、案内部材２３の他端には取付部材２４と同様に
熱膨張率が小さく且つ剛性の高い材料りりなる支持部材
３５が固定され、そこに第３のレーザー光路３０ｃＫ対
向して第３の半導体装置検出器３６１１−取付けて、そ
の受光面に第３のレーザー光路３０Ｃ？＋−通るレーザ
ー光が入射されるようにする。

半導体装置検出器３１，３４．３６はシリコンダイオー
ドｔ一応用した光スポットの位置検出器であシ、その受
光面に入射する光スポットの２次元位１１ヲ高精度（例
えば分解能１０μｍ以上）で検出するものである。尚、
この受光面に工場の照明灯等の光が入ると外乱となるが
、この場合は受光面金フィルターでマスクして使用レー
ザー光の周波数以外の光を遮断するようにすればよい。

このような構成において、第４図中端線で示す↓うに、
移動体２２の姿勢がその移動方向である矢印ａ方向から
傾いた場合においても、ベンタグリズム３２の有する性
質によってレーザー光路３０ｂと３３との直焚性が維持
されると共に、レーザー光路３０ａと３０ｂとの相対的
位置間％４ビームスプリッタ−２６と２７との相対位置
が変わらない限り不変と考えられる。従って移動体２２
Ｏ傾動に伴う第２の半導体装置検出器３４の変位に工っ
てその受光面に入射するレーザー光路ａｏｂ　、ａａｖ
ｉａ′）九レーザー光のスポットの位置が変化し、その
変位量を検知することができる。この第２の半導体装置
検出器３４の出力には、上記移動体２２が舗線で示す工
うに傾動することにＬ；ｂＫ位小出力、ペンタプリズム
３２が矢印す方向に変位することにＬシレーザー光路３
０ｂとの間に生じた相対変位によるものとが含まれるが
、このペンタプリズム３２とレーザー光路３０ｂとの相
対変位量は第１の半導体装置検出器３１の出力にＬつて
検知することかできる。従って、ペンタプリズム３２と
第２の半導体装置検出器３４との距離ｔ、第１及び第２
の半導体装置検出器３１．３４の出力とｔ得て、移動体
２２の姿勢の移動方向に対する傾き角度すなわち直角度
を測定することができる。

ｔた、第３のレーザー光路３０ｃとそれに対する第３の
半導体装置検出器３６はレーザー光路３０ｂの光路変動
をモニターすることに工ｐ測定装置の信頼性を↓り一層
高めるためのものである。すなわち、移動体２２の移動
ストロークが大きい場合などでは、取付部材２４のレベ
ル変化等による小さな回転変位もレーザー光路３０ｂと
移動体２２との大きな相対変位上惹起するので、移動体
２２０ストローク端でこの光路変動をモニターすること
に↓つて測定装置の信頼性を著しく高めることが可能と
なる。さらに、レーザー光路３０ｂの傾きの変化１？ｌ
−検知して直角度の測定データに補正を加える１うにす
れば、より高精度の測定をすることができる。

尚、上述の実施例においては、３本の平行なレーザー光
路ｋｆｆｅ成するのにビームスプリッタ−とビームベン
ダーを使用しているが、これは装置をコンノ４クトにす
るために採用したもので、本発明はこれに駆足されるも
のではなく、複数のレーザーヘツＶｆ用いてレーザー光
路を形成することも可能である。また、第３のレーザー
光路及び第３の半導体装置検出器は本発明に必須のもの
ではなく、場合によっては省略しても↓い。

以上−実施例を挙げて詳＃ｌＫ説明したように本発明に
Ｌれば、直線運動をする移動体の擬勢の移動方向に対す
る直角度を高精度且つ高い信頼性をもって測定すること
ができる。ま九、直進性のすぐれたレーザー光′ＩＩｔ
ｌＩＥにしているので、長ストロークでの測定が可能で
あり、従って、例えばプラノミラー、ガントリー移動型
プラノミラー、横巾ぐシ盤、門形マシニングセンター、
その他特に大型の工作機械あるいはレーザー加工機等に
有利に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガントリー移動型大型工作機械の概略正面図、
第２図はペンタプリズムを用いた移動体の直角度測定方
法の説明図、第３図はペンタプリズムの特性の説明図、
第４図は本発明の一実施例にかかる直角度測定装置の概
略構成図である。 図面中、 ２２は移動体、 ２３は案内部材、 ２５はレーザーヘッド、 ２６．２７はビームスグリツタ−１ ２８はビームベンダー、 ２９はレーザー光発射装置、 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３３はレーザー光路、３１．
３４．３６は半導体装置検出器、３２はペンタプリズム
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動体の一方のストローク端近傍から該移動体の移動方
   向に沿って２本の平行なレーザー光を発射するレーザー
   光発射装−と、前記移動体、上に設けられ前記２本のレ
   ーザー光の一方が入射される受光面を有する第１の半導
   体装置検出器と、前記移動体上に前記第一１の半導体装
   置検出、器に隣接して設けられると共に前記２本のレー
   ザー光の他方が入射されて該レーザー光ｔ−直角に光路
   変更するベンタグリズムと、前記移動体上に前記ペンタ
   プリズムと対向して設けられ該ペンタプリズムにニジ光
   路変更さ、れたレーザー光が入射される受光面ｔ−Ｎす
   る第２の半導体゛　位置検出器とを有し、前記受光面に
   入射するし出器の出力に基づいて前記移動体の姿勢の移
   動方向に、対する直角度を、測定することを特徴とする
   直角度測定装置。