JPS63208705A - コラム傾斜検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は工作機械等のコラム傾斜検出装置に関する。

［従来の技術］ 縦型フライス盤等の工作機械においては、コラムの傾斜
は金型等の工作精度に大きな影響を及ぼすため、熱によ
る変形や荷重の変化によるコラムの傾斜を高精度に検出
することが必要である。

従来の工作機械では、コラムの傾斜を検出する場合、第
１図に示すように、ベッド１３のコラム基準面ＩＯに対
して照射機構１４並びに光点変位検出機構１６を配し、
また、コラム１２の中心軸線上の任意の位置に反射鏡１
８を配している。従って、このような構成では照射機構
１４より照射されたレーザ光等の光線は光点変位検出機
構１６のスリット等の透光部を通過し、反射鏡１８によ
り反射されて光点変位検出機構１６に入射し、検出され
た光点位置よりコラムの傾斜角が算出される。

然しなから、このような装置では、照射機構１４を構成
する光源のごみや汚れが光点の見掛は上の中心位置を狂
わせて誤差を生じさせる虞がある。また、光点変位検出
機構１６の検出部のごみや汚れも光点変位検出機能の直
線性を失わせて誤差の原因となる欠点がある。さらに、
光点変位検出機構１６の電気的ドリフトも誤差の要因と
なる等種々の欠点を有している。さらにまた、複数の方
向、あるいは位置を検出すべく複数の光点変位検出機構
を用いた場合であっても、光点変位検出機構相互間の直
線性、ドリフト特性の相違により、あるいは夫々の検出
装置に付着するごみ、汚れの程度の差によってコラムの
傾斜を算出する際に誤差を生じさせる欠点を露呈してい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記のような従来のコラム傾斜検出装置の欠点
を改良し、照射機構や光点変位検出機構のごみや汚れに
よる影響を排除し、光点変位検出機構のドリフトから影
響されることなく、最少限の光点変位検出機構を使用し
゛て正確にコラムの傾斜角を検出することを可能とする
コラム傾斜検出装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は工作機械のコラ
ムに沿ってＹ方向に移動する主軸頭または前記コラムと
直交する２方向（Ｘ、Ｚ方向）に移動するテーブルのい
ずれか一方に照射手段を備え、他方に光点変位検出素子
を対向して配置し、前記主軸頭のＹ方向の少なくとも２
位置において前記テーブルのＸ方向またはＺ方向のコラ
ム傾斜変位量を検出し、当該少なくとも２位置における
変位量の差と当該測定位置の差とからコラム傾斜角を算
出するよう構成することを特徴とする。

すなわち、本発明においては、工作機械等のベッドに固
定されたコラムに上下動可能に取り付けられた主軸頭に
光点変位検出機構を取り付け、コラムに対して前後、左
右動可能なテーブルに照射機構を取着し、この照射機構
から照射された光線を検出する前記光点変位検出機構の
出力を検出し、主軸頭の上下２位置におけるテーブル位
置の座標を読み取ってコラム傾斜角を算出する。

この結果、本発明においては、主軸頭の上下２位置にお
けるテーブル座標読取値よりコラムの傾斜を算出するた
め、照射機構、あるいは光点変位検出機構のごみや汚れ
等による誤差が相殺され、また、短時間内に測定が行わ
れるため前記光点変位検出機構のドリフトによる影響も
避けられるという効果が得られる。

［実施態様］ 次に、本発明について好適な実施態様を挙げ、添付の図
面を参照しながら以下詳細に説明する。

第２図は本発明を横型フライス盤等の工作機械に実施し
た場合の概略図である。参照符号２０はベッド２２に立
設したコラムを示し、主軸頭２４が上下方向（Ｙ方向）
に移動可能に取り付けられている。参照符号２６はサド
ルを示し、ベッド２２に対し左右方向（Ｚ方向）に移動
可能に保持される。参照符号２８はテーブルを示し、こ
のテーブル２８は図面に対して垂直方向（Ｘ方向）に移
動可能に取り付けられている。参照符号３０は主軸頭２
４に取り付けられた光点変位検出素子を示し、当該光点
変位検出素子３０に対向してビーム光を照射する照射手
段３２が前記テーブル２８に取り付けられている。サド
ル２６、コラム２０およびベッド２２にはＸ方向、Ｙ方
向およびＺ方向の移動量を示すスケール３４ａ、３４ｂ
および３４ｃが夫々配設され、また、前記スケール３４
ａ、３４ｂおよび３４ｃに対応してＸ方向、Ｙ方向およ
びＺ方向の座標読取器３６ａ、３６ｂおよび３６ｃが夫
々テーブル２８、主軸頭２４およびサドル２６に取り付
けられる。

第３図は光点変位検出素子３０、差動増幅器４０、比較
器４２および傾斜角算出部４３からなる光点変位検出回
路を示す。この場合、光点変位検出素子３０は第１およ
び第２の受光部４４ａおよび４４ｂを存し、各受光部４
４ａ、４４ｂからの出力信号は差動増幅器４０に供給さ
れ、この差動増幅器４０から比較器４２に出力するよう
接続される。そして、前記比較器４２に傾斜角算出部４
３が接続される。

第４図に差動増幅器４０によって増幅された光点変位検
出素子３０の出力電圧特性（第４図ａ）と比較器４２の
出力電圧特性（第４図ｂ）を示す。

第４図ａから諒解されるように、光点変位検出素子３０
の受光部４４ａ、４４ｂに入射したビームの光点位置４
６に対応して光点変位検出素子３０の出力電圧は略直線
的に変化し、増幅された信号電圧が比較器４２の基準電
圧（この場合、接地電位）以上のレベルとなれば、比較
器４２の出力は高レベルとなる。なお、参照符号４８は
光点の移動方向を示し、この光点が第１受光部４４ａ側
に移動した場合を十とし、第２受光部４４ｂ側に移動し
た場合を−とする。従って、照射手段３２を微動させて
比較器４２の出力が低レベルから高レベルに変化する位
置を見い出すことにより、主軸頭２４とテーブル２８と
の位置関係を精度よく検出することが出来る。

第５図は前述した構成に基づいてコラム２０の傾斜を検
出する手順を示すフローチャートであり、第６図ａはそ
の説明図である。この場合、コラム２０の傾きがなく比
較器４２の出力が高レベルに変化する時の座標をＣとし
、傾斜により想定されるコラム２０の先端部の最大変位
量をＤとして以下説明する。

先ず、ステップ１で主軸頭２４をコラム２０の上下方向
（Ｙ方向）における第１の位置（例えば、最下端位置Ｙ
１）へ移動する。次に、ステップ２でテーブル２８をコ
ラム２０の傾斜方向（例えば、Ｘ方向）における（Ｃ−
Ｄ）の位置まで移動する。

続いて、ステップ３でテーブル２８を低速送りで（Ｃ−
１”Ｄ）の位置まで移動させ、比較器４２からの出力が
高レベルに変化した時のテーブル２８の位置を座標読取
器３６ａから読み取る（Ｘ方向の場合）。この時の座標
をＡ１　とする。

次に、ステップ４で主軸頭２４をコラム２０の第２の位
置（例えば、最上端位置Ｙ２）へ移動した後、テーブル
２８を再び（Ｃ−Ｄ）の位置まで移動する。

さらに、ステップ５でステップ３と同様の動作を行い、
比較器４２からの出力が高レベルに変化した時のテーブ
ル２８の位置を読み取り、この座標をＡ２とする。

そこで、ステップ６でコラムの１頃斜角θをの関係式か
ら求める。この場合、コラム２０の他の方向（Ｚ方向）
の傾斜角についても同様に求めることが出来る。

なお、前述した実施態様では照射手段３２の光軸がＹ軸
に平行となる場合について説明したが、例えば、第６図
すに示すように、前記光軸がＹ軸に対して角度δだけ傾
斜している場合であっても略同様にコラム２０の傾斜角
を求めることが出来る。この場合、傾斜角θは Ｙ、−Ｙ２ の関係式から求めることが出来る。

一方、前述した実施態様においては、光点変位検出回路
で一方向の光点変位のみを検出する光点変位検出素子３
０を使用している。これに対して、第７図は本発明の他
の実施態様を示し、この実施態様においては、直交する
２方向７０の光点の移動量を検出する光点変位検出素子
５０を使用している。第１乃至第４の受光部５２ａ乃至
５２ｄに入射したビームによる光点位置５４に対応して
出力信号が端子５６ａ乃至５６ｄより出力される。そし
て、端子５６ａ、５６ｃからの出力信号および端子５６
ｂ、５６ｄからの出力信号は夫々差動増幅器６０ａおよ
び６０ｂによって増幅された後、比較器６２ａおよび６
２ｂで基準電圧と比較され、傾斜角算出部６３において
２方向、例えば、Ｘ方向およびＺ方向のコラム２０の傾
斜角が求められる。

ここで、上記２つの実施態様における傾斜角の算出方法
は公知のマイクロコンピュータ等を使用することにより
容易に行うことが出来る。

なお、前述した実施態様では主軸頭２４に光点変位検出
素子３０を取り付けると共に、テーブル２８に照射手段
３２を取り付けているが、主軸頭２４に照射手段３２を
取り付はテーブル２８に光点変位検出素子３０を取り付
けてもよいことは勿論である。

また、前述した実施態様では理解を容易にするために、
手動の工作機械に対して本発明を適用する場合について
説明している。この場合、本発明はＮＣ工作機械等に適
用することも可能である。すなわち、ＮＣ工作機械は外
部からの制御信号により工作機械の各軸の座標値を読み
取る機能を備えている。そこで、第５図に示す手順をＮ
Ｃ工作機械側に用意されているプログラム言語で記述す
ることにより、自動的にコラム傾斜角を算出することが
可能である。従って、本発明が手動工作機械にのみ適用
されるものではないことは容易に理解されよう。

さらに、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各座標値は、光
点変位検出手段素子３０に指向する照射手段を有しコラ
ム２０に対する位置を検出可能な移動手段によっても求
めることが可能である。

さらにまた、コラム２０の傾斜角を詳細に求める必要の
ある場合、コラム２０のＹ方向に対して３点以上の傾斜
角測定位置を設定しておけば一層高精度にコラム２０の
傾斜角を測定することが出来る。

［発明の効果］ 、以上のように、本発明によれば、照射手段から出力さ
れるビームを光点位置変位検出素子を用いて少なくとも
コラムの上下２位置におけるコラムの変位量を測定し、
前記変位量の差とその測定位置の差とからコラムの傾斜
角を算出している。そのため、光学系に対するごみの付
着、汚れ等の影響あるいは電気系におけるドリフトの影
響等が極めて効果的に相殺される。また、加工時におけ
る温度変化等に対しても高精度にコラムの傾斜角が測定
可能となる効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のコラム傾斜検出装置の概略図、第２図は
本発明のコラム傾斜検出装置の概略図、 第３図は本発明に係るコラム傾斜検出装置における光点
変位検出回路のブロック図、第４図ａは光点変位検出素
子に対する光点位置と出力電圧との関係を示す特性図、 第４図すは比較器の出力変化を示す説明図、第５図はコ
ラムの傾斜角測定方法を示すフローチャート、 第６図ａおよびｂはコラムの傾斜角を算出するための説
明図、 第７図は本発明に係るコラム傾斜検出装置における他の
実施態様を示す光点変位検出回路のブロック図である。 ２０・・・コラム　　　　　　２２・・・ベッド２４・
・・主軸頭　　　　　　２６・・・サドル２８・・・テ
ーブル　　　　　３０・・・光点変位検出素子３２・・
・照射手段　　　　　３４ａ〜３４ｃ・・・スケール３
６ａ〜３６ｃ・・・座標読取器 ４０・・・差動増幅器　　　　４２・・・比較器４３・
・・傾斜角算出部　　　４４ａ、４４ｂ・・・受光部５
０・・・光点位置検出素子　６０ａ、６０ｂ・・・差動
増幅器６２ａ、６２ｂ・・・比較器　　６３・・・傾斜
角算出部ＦＩＧ、２ ３４ＣＬｌｂＣＬ入 ぐ 匡 〉

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械のコラムに沿ってＹ方向に移動する主軸
   頭または前記コラムと直交する２方向（Ｘ、Ｚ方向）に
   移動するテーブルのいずれか一方に照射手段を備え、他
   方に光点変位検出素子を対向して配置し、前記主軸頭の
   Ｙ方向の少なくとも２位置において前記テーブルのＸ方
   向またはＺ方向のコラム傾斜変位量を検出し、当該少な
   くとも２位置における変位量の差と当該測定位置の差と
   からコラム傾斜角を算出するよう構成することを特徴と
   するコラム傾斜検出装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   装置は一方向光点変位検出素子を使用してなるコラム傾
   斜検出装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   装置は２方向光点変位検出素子を使用してなるコラム傾
   斜検出装置。