JPS6110165Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

この考案は中ぐり加工等に於て、加工と同時に
平均直径等の測定、いわゆる中ぐり精度のインプ
ロセス測定を行なう被加工物の平均直径同時測定
装置に関するものである。 従来の中ぐり穴内径のインプロセス測定に於て
は、第１図及び第２図に示す如く、中ぐり棒２に
仕込まれた２個の空気マイクロメータ等の変位検
出器１，１を用いて平均直径の測定が行なわれて
いた。しかし、この方法では中ぐり棒２中心の偏
心や振動による変位が少なからず平均直径の測定
精度に影響を及ぼしていた。 また従来、測定器本体の周囲等配位置に90゜間
隔で４個の変位検出器を取付け、測定器本体中心
を通る直線上に対向配置された２個１対の変位検
出器により、被測定物の直径を縦と横について別
個独立して演算するようにしたものが、特開昭47
−13486号公報で紹介されている。しかし、この
方式は高価な変位検出器を４個使用するものであ
り、かつ、縦直径と横直径との２つの演算を行う
回路を別々に必要としており、しかも、被測定物
の中心と測定器本体の中心との偏心に基づく誤差
を演算する回路が必要であるため、測定装置全体
としては、４個の変位検出器の測定器本体への組
込み性に難点があり、制約されたスペース内への
組込みに不利であり、演算回路全体の構成も複雑
である等の点で十分満足できるものではなかつ
た。 この考案は、変位検出器を３個使用し、これと
特定配置角度で配置し、しかも、被加工物中心と
測定器本体中心との偏心に基づく誤差の修正を、
上記特定の配置角度で一義的に決定されて定数化
された１つの簡単な演算式の演算回路で構成して
上記従来の装置の問題点が一挙に解決し得るイン
プロセス制御用の測定装置を提供せんとするもの
である。以下、その測定原理について説明すると
次の通りである。 第３図に示すように、３個の変位検出器（例え
ば、空気マイクロメータ、電気マイクロメータ、
静電容量変位計等）を有した中ぐり棒３の中心Ｏ
が、被加工物４の既加工内径上の３点W₁，W₂，
W₃で定義される円（以下平均円と称す）の中心
Ｏとｅだけの偏心を有して、内径の平均直径を測
定する場合を考える。３個の検出器の配置角を
各々τ，φとし、これらの検出器により測定され
る間隙量はy₁，y₂，y₃で与えられる。尚、中ぐり
棒３の径は既知であり、その半径をＲとする。 検出器により間隙y₁，y₂，y₃が測定され、中ぐ
り棒３の半径Ｒは既知であるので、本測定法によ
りY₁＝Ｒ＋y₁，Y₂＝Ｒ＋y₂，Y₃＝Ｒ＋y₃の値が
読み取られる。 しかし、実際に求めたい量は₁，₂，
₃であるので、これらの長さを測定器により
検出される量と、幾何学的に決められる諸量とで
表わせば、₁ ＝Y₁cosα＋ecosδ〓 (1)₂ ＝Y₂cosβ−ecos（π−α＋β−τ−
δ）₃ ＝Y₃cosγ＋ecos（−α−γ＋φ−δ） そこで被加工物４内径の平均半径Ｒ_pを、₁ ，₂，₃の算術平均で与えるとすれ
ば、 Ｒ_p＝１／３（₁＋₂＋₃） ＝１／３｛Y₁cosα＋Y₂cosβ＋Y₃cosγ＋ecosδ −−ecos（π−α＋β−τ−δ） ＋ecos（−α−γ＋φ−δ）｝ (2) ここで、角α，β，γは微小であると仮定すれ
ば、cosα≒１，cosβ≒１，cosγ≒１となり、
(2)の式は次のようになる。 Ｒ_p＝１／３〔（Y₁，Y₂，Y₃）＋ｅ｛cosδ ＋cos（δ＋τ）＋cos（φ−δ）｝〕 (3) 上式の第２項、ｅ｛cosδ＋cos（δ＋τ）＋cos
（φ−δ）｝が、中ぐり棒３の中心O′が被加工物
４内径の平均円の中心Ｏと一致していない為に生
ずる誤差項である。 そこで偏心の影響をなくすように(3)式の誤差項
をゼロとするために、以下の手法を導入する。 測定器の３個の検出器から、最終的に被加工物
４の平均半径₁，₂，₃が(1)式のように
計算される訳であるが、これらの値に１：ａ：ｂ
（ａ≠１，ｂ≠１）の重みをかけて、それからの
和を考えれば、₁ ＋₂＋₃ ＝Y₁＋ecosδ＋ａ｛Y₂＋ecos（δ＋τ）｝ ＋ｂ｛Y₃＋ecos（φ−δ）｝ ＝｛Y₁＋aY₂＋bY₃｝＋ｅ｛cosδ（１＋acosτ ＋bcosφ）−sinδ（asinτ−bsinφ）｝ (4) ここで、１＋acosτ＋bcosφ＝Ｏ〓 (5) asinτ−bsinφ＝Ｏ となるように検出器配置角τ，φと倍率ａ，ｂを
設定する。 即ち、(5)式に於いて変数は検出器配置角τ，φ
と重みａ，ｂの計４個で、方程式は２個であるか
ら、幾何学的なτ，φの組合せを与えれば、ａ，
ｂは次式を用いて計算されることになる。 ａ＝−ｓｉｎφ／ｓｉｎ（τ＋φ），ｂ＝−ｓｉｎτ
／ｓｉｎ（τ＋φ）(6) ここで(5)式について、φを求めると、 cosτ＝−１／２ａ（a²−b²＋１）〓 (7) cosφ＝１／２ａ（a²−b²−１） sinτ＝ １／２ａ√−⁴＋2^{2 2}−⁴＋2²＋2²＋１ sinφ＝ １／２ａ√−⁴＋2^{2 2}−⁴＋2²＋2²−１ ａ＞Ｏ，ｂ＞Ｏとして(7)式で示される三角関数
の絶対他は１以下であるとの条件から、次の不等
式が導かれる。 （ａ−ｂ＋１）（ａ＋ｂ−１）
（ａ−ｂ−１）≦Ｏ (8) (8)式の不等式を図示すれば第４図のようにな
る。但し、重みａ，ｂは共に１でないので、この
点は含まれない。 第４図のａ，ｂのとりうる範囲をτ，φのとり
うる範囲に交換すると、第５図のようになる。但
し、ａ≠１，ｂ≠１なので、τ，φ＝（120゜，
120゜）の点は除かれる。 即ち、第５図の斜線部の領域に入るτ，φを決
めた上で、(6)式より重みａ，ｂを計算により求め
ることができる。 例として、τ，φの値を数種とり、(6)式により
ａ，ｂの値を計算した結果を表１に示すと、

【表】 実際にτ，φの値を決定するに際しては、精度
測定の原則からも、３個の検出器の感度がほぼ一
様になることが望ましく、表１の計算結果例から
も明らかな如く、τ，φの値がほぼ１近くになる
任意の角度を選べばよいことになる。 従つて、検出器配置角τ，φから、倍率ａ，ｂ
を決めると、(4)式の誤差項は消去され、しかも速
定点W₁，W₂，W₃で定義される円は一義的に決め
られるものであるから、結局(4)式は次のようにな
る。 （１＋ａ＋ｂ）Ｒ_p＝Y₁＋aY₂＋bY₃ (9) Ｒ_p＝Ｙ_１＋ａＹ_２＋ａＹ_３／１＋ａ＋ｂ これから、 Ｄ_p＝２（Ｙ_１＋ａＹ_２＋ｂＹ_３）／１＋ａ＋ｂ(10
) となり、求める平均直径Ｄ_pが算出される。 以上がこの考案の測定原理であつてこれをブロ
ツク線図的にあらわしたのが、第６図の演算回路
である。第６図の演算回路について説明すれば、
先ず空気マイクロメータ、電気マイクロメータ等
の変位検出器により中ぐり棒３と被加工物４の既
加工内径との間隙y₁，y₂，y₃が検出される。これ
を電気的に変換し、更に既知の中ぐり棒３の半径
Ｒをそれぞれに加算することにより、中ぐり棒中
心O′から測定点W₁，W₂，W₃までの距離Y₁，
Y₂，Y₃が求められる。このうちY₂，Y₃の測定値
に重みａ，ｂを乗じてそれらの総和を求め、更に
２／１＋ａ＋ｂを乗ずれば(10)式で表わされる平均直径
Ｄ_p が演算により求められる。 以下第７図に基き、この考案の実施例について
説明する。 第７図に於て、５は中ぐり盤主軸、６は中ぐり
棒、７は刃工具、８は被加工円筒工作物、９はマ
イクロメータで、既加工面を測定できるように刃
工具７より軸方向へ後方に位置している。１０は
変位変換器、１１は水銀スリツプリング、１２は
パルス発生器、１３は増幅器、１４はＡ−Ｄ変換
器、１５はデイジタル計算機を示す。 この考案は以上のような構成で、先ず空気マイ
クロメータ９により中ぐり棒６と被加工円筒工作
物８の内径との間隙が検出される。これを圧力変
換器等の変位検出器１０により電気量に変換し、
この電気信号を水銀スリツプリング１１等の信号
取出し部を介して外部に取り出して増幅器１３に
より増幅すると同時に、ロータリエンコーダ等の
主軸５回転に同時したパルス発生器１２からのク
ロツク信号により、主軸５１回転中にＮ回の信号
を採取し、Ａ−Ｄ変換器１４によりＡ−Ｄ変換
器、ミニコンピユータ等のデイジタル計算機で演
算させる。即ち、 （Ｄ_p）ave＝−〓〓〓（Ｄ_p）ｉ (11) ここで、（Ｄ_p）ｉはｉ番目のクロツク信号によ
り計算される平均直径 (11)式で表わされるＮ回のデータの平均値（Ｄ_p）
aveを中ぐり穴の平均直径とすれば、中ぐり穴の
形状精度の影響をも含めたより平均的な直径が測
定されることになる。 上記のようにこの中ぐり穴のインプロセス測定
法によれば、偏心や振動による中ぐり棒の偏位に
影響されることなく、中ぐり穴内径の精密なイン
プロセス測定が可能である。 又、平均直径Ｄ_pの変動を観測することによ
り、真円度に関する情報も得られ、更に、変動成
分の大小を判別することにより切削時に生じる中
ぐり棒と被加工物との相対振動いわゆるびびり振
動の検出も可能となる。そして更に、中ぐり穴内
径の測定により、工具寸法補正機構の付加により
中ぐり加工の精度向上が可能である。 尚、上記実施例では中ぐり精度のインプロセス
測定について説明したが、第８図及び第９図に示
す如く、被加工物が回転する旋削や研削などの円
筒状工作物の外径のインプロセス測定にも適用が
可能である。即ち、第８図は小形円筒物の外径測
定を示すもので、１６は被加工物、１７は測定器
本体、１８は測定子である。第９図は円筒物が大
形になるために測定器本体を分割させたもので、
１９は被加工物、２０は定盤、２１は測定子であ
る。又、大形円筒物の内径測定も同様に測定本体
を分割させて行うこともできる。 以上説明したようにこの考案は、測定器本体中
心に対して半径方向へ出没変位可能とされる３個
の変位検出器を、１つを基準にして他の２つを
τ，φ（τ及びφは120゜ではなく、120゜近傍の
値）の角度で測定器本体中心から等距離の円周上
に配置し、この３個の変位検出器により、被測定
物内外径上の３点の測定器本体中心からの寸法
Y₁，Y₂，Y₃を検出するようにし、かつ、加工工
具の一部に装着した測定器本体と、測定器本体の
上記検出値Y₁，Y₂，Y₃を電気量に変換し、その
値に１：ａ：ｂ（但し、ａ，ｂ≠１，ａ＝−
ｓｉｎφ／ｓｉｎ（τ＋φ），ｂ＝−ｓｉｎτ／ｓｉｎ
（τ＋φ））の電気量を積 算すると共に、これら３つの積算値Y₁，aY₂，
bY₃を電気的に加算し、この加算値（Y₁＋aY₂＋
bY₃）に２／１＋ａ＋ｂの電気量を乗じて被測定物の直
径 を電気的に求め、これを工具又は被加工物の１回
転中、複数回求めて、その算術平均値を当該被加
工物の平均直径として求める演算回路とで構成し
たから、３個の変位検出器の検出値から直接的に
被加工物の内外径が測定でき、被加工物中心と測
定器本体中心との偏位角δ及び偏位量ｅを求める
ための演算回路や演算時間が不要となり、演算回
路を簡単安価とできる他、演算時間も短縮化で
き、より高速度で直径測定ができる。 即ち、３個の変位検出器の配置角τ，φは、測
定器本体に上記特定の値で取付けられるため既知
量となるのであり、従つて、既知のτ及びφから
ａ及びｂも既知量（定数）として予め設定してお
くことができるため、直径の演算は、３個の変位
検出器の検出値から、 Ｄ_p＝２／１＋ａ＋ｂ（Y₁＋aY₂＋bY₃）の式によつて直
接 求められるのであり、前記偏心角δや偏心量ｅの
演算を不要化できる利点がある。 また、変位検出器は、測定精度に直接影響を及
ぼす関係から比較的高価であり、その取扱いにも
最新の注意が必要でもあるから、これを４個から
３個に減少させることは、コストダウンを図る上
で多大のメリツトがあり、測定器本体への組込み
性においても有利であり、一層小径の測定にも利
用できるようになり、また、各変位検出器には、
これを電気量に変換する電気回路が付属するので
あつて、この変位検出器を４個から３個に減少さ
せることは、電気回路をもコンパクト化できて一
層安価となし得る利点がある。また、特に、加工
と併行して平均直径、真円度の測定が同時に実施
でき、内外径インプロセス測定による適応制御工
作機械用センサーとして好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の内径インプロセス測
定の測定要領を示す図面、第３図はこの考案に係
る平均直径の測定原理を示す概略図、第４図は倍
率ａ，ｂのとりうる範囲を示す座標、第５図は検
出器配置角τ，φのとりうる範囲を示す座標、第
６図はこの考案測定装置の演算回路ブロツク線
図、第７図はこの考案被加工物の平均直径同時装
定装置の実施例である中ぐり精度のインプロセス
測定の実験装置概略図、第８図及び第９図はこの
考案の他の実施例である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 測定器本体中心に対して半径方向へ出没変位可
   能とされる３個の変位検出器を、１つを基準とし
   て他の２つをτ，φ（τ及びφは120゜ではな
   く、120゜近傍の値）の角度で測定器本体中心か
   ら等距離の円周上に配置し、この３個の変位検出
   器により、被測定物内外径上の３点の測定器本体
   中心からの寸法Y₁，Y₂，Y₃を検出するように
   し、かつ、加工工具に一部に装着した測定器本体
   と、測定器本体の上記検出値Y₁，Y₂，Y₃を電気
   量に変換し、その値に１：ａ：ｂ（但し、ａ，ｂ
   ≠１、 ａ＝−ｓｉｎφ／ｓｉｎ（τ＋φ）、ｂ＝−ｓｉｎτ／
   ｓｉｎ（τ＋φ））の電気 量を積算すると共に、これら３つの積算値Y₁，
   aY₂，bY₃の電気的に加算し、この加算値（Y₁＋
   aY₂＋bY₃）に ２／１＋ａ＋ｂの電気量を乗じて被測定物の直径を電気 的に求め、これを工具又は被加工物の１回転中、
   複数回求めてその算術平均値を当該被加工物の平
   均直径として求める演算回路とで構成したことを
   特徴とする被加工物の平均直径同時定装置。