KR20110076758A

KR20110076758A - 가공기에서의 다기능 기내측정장치

Info

Publication number: KR20110076758A
Application number: KR1020100114255A
Authority: KR
Inventors: 마사키 타노우에
Original assignee: 세이부덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2011-07-06
Also published as: JP2011136390A; TW201121698A; JP5330219B2; CN102107373A

Abstract

이 다기능 기내측정장치는, 워크를 다시 척물림하는 일 없이, 각종 가공을 워크에 가공할 수 있는 NC공작기계 등의 가공기에 있어서, 하나의 계측유닛에 의해 가공이 완료된 워크에 대하여 각종 측정을 가능하게 하고, 축부착 숫돌이 장착된 수평축 유닛, 수직축 상태 및 경사진 축 상태로 변경가능한 공구 홀더부가 장착된 Y축 유닛, 및 기내계측유닛이 X축 슬라이드에 배설되어 있다. 하나의 기내계측유닛은, 가공된 워크에 대하여, 내경, 외형, 단차 등의 워크의 형상 치수를 측정하는 터치센서와, 구면, 비구면의 단면 등의 표면형상을 추적하여 측정하는 변위센서의 기능을 구비하고 있다.

Description

가공기에서의 다기능 기내측정장치{MULTI FUNCTIONAL INSIDE MACHINE MEASURING DEVICE IN MACHINING APPARATUS}

본 발명은, 예를 들면, 워크(work)를 파지한 주축에 대하여 이동하는 X축 슬라이드에 적어도 기내(機內)계측유닛을 배설(配設)한 가공기에 있어서, 하나의 기내계측유닛에 의해 워크의 외경, 내경, 단차 등의 형상 치수를 측정함과 아울러, 단면(端面) 등의 표면에서의 구면(球面)형상, 비구면(非球面)형상 등의 표면 형상을 추적하여 워크의 형상 오차 등을 측정할 수 있는 가공기에서의 다기능 기내측정장치에 관한 것이다.

종래, 선반, 연삭반, NC공작기계 등의 가공기에 있어서, 워크를 소정의 도면형상으로 가공하고, 상기 워크를 일단 가공기에서 분리하여, 기외(機外)의 측정기에 의해 워크에 대한 각각의 가공상태를 측정하여, 확인하는 것이 일반적이었다. 또한, 가공기 내에서 워크를 척물림 풀지않고 측정하여, 워크에 대하여 목적 형상으로 가공이 이루어져 있지 않으면, 상기 워크에 대하여 보정가공을 다시 행하도록 하는 가공기도 알려져 있다. 그러나, 가공기의 기내측정방법은, 워크에 대하여 터치센서타입과 변위계 타입으로 나누어져 있고, 터치센서로서는 주로, 가공된 워크의 직경, 길이, 단차 등의 형상 치수를 측정하고, 또한, 변위계 타입으로서는, 가공된 워크의 단면 등의 표면을 추적하여 구면형상, 비구면형상 등의 표면형상, 혹은, 그들의 형상 오차를 계측하는 것이다.

종래, 가공된 워크의 자유곡면형상을 측정하는 자유곡면형상 측정방법이, 예를 들면, 일본공개특허 2006-43779호 공보에 개시되어 있다.

상기 자유곡면형상 측정방법은, 워크 스핀들과 공구 스핀들을 갖는 직교 3축 가공기에 변위측정기를 설치하고, 워크의 측정점과 측정점으로부터 변위측정기의 프루브(probe) 중심축선으로 수직으로 내려온 선과의 교점을 연결하는 벡터와, 측정점에서의 자유곡면의 법선벡터가 이루는 각도가 일정하게 되도록, 직교 3축 가공기의 3축 제어를 행하여 워크의 자유곡면의 형상측정가공을 행하는 것이다.

또한, 금형 등의 구면, 비구면, 자유곡면을 가공하는 가공장치에 있어서, 워크를 치구로 고정한 채로, 워크의 가공면을 접촉식 계측기에 의해 계측하는 자유곡면 가공장치가, 예를 들면, 일본공개특허 2005-103667호 공보에 개시되어 있다.

상기 자유곡면 가공장치는, 가공시 등에 접촉식 계측기를 공구와 이격시키고, 측정시에 프루브의 튀어나오는 방향선을 회전축선과 교차시켜, 프루브의 튀어나옴양이 일정하게 되도록 Z축, X축 방향으로 주사(走査)하고, 워크의 가공면의 형상을 Z축 데이터와 X축 데이터로 하여 측정하고, 이들의 측정값을 보존한다. 워크에 대하여 회전축을 포함하는 소정의 측정범위까지 측정한 후, 워크를 180°회전시켜, 워크의 가공면의 형상을 다시 측정하고, Z축 데이터와 X축 데이터로서 보전하여, 가공면 형상을 산출하는 것이다.

또한, 선반의 기내 계측기의 교정장치로서, 가공이 완료된 워크의 외경 등을 주축에 장착한 채로 계측하고, 계측값 보정량의 설정값을 교정하는 것이, 예를 들면, 일본공개특허 평5-208344호 공보에 개시되어 있다. 상기 기내 계측기의 교정장치는, 주축에 지지된 워크의 치수를 계측하는 기내 계측기와, 갠트리로더를 구비한 자동운전 NC선반에 있어서, 마스터 워크의 상치부(常置部)와, 자동운전 중의 소정시에 상치부의 마스터 워크를 주축에 갠트리로더로 장착시키는 교정용 로더 지령수단과, 이 장착된 마스터 워크를 기내 계측기로 계측시켜서 기내 계측기의 계측 보정량의 설정값을 갱신하는 교정실행수단을 구비한 것이다.

그런데, 본 출원인은, NC공작기계에 대하여, 워크를 다시 척물림하는 일없이, 워크에 대하여 각종 연삭, 절삭가공을, 공구의 자세를 변경하거나, 다른 공구로 교환하여 일련의 가공을 병행하여 고정밀도로 신속하게 달성하는 것을 개발하여, 그것을 앞서 특허출원하였다(예를 들면, 일본공개특허 2007-253306호 공보 참조). 상기 NC공작기계는, 주축 받침대에 회전가능하게 배치되고 또한 워크를 파지하는 척을 설치하는 주축, 및 주축이 이동하는 Z축 방향에 직교하는 X축 방향으로 이동가능한 X축 슬라이드를 구비하고 있고, 축부착 숫돌이 장착된 수평축 유닛과 수직축 상태 또는 경사진 축 상태로 변경가능한 공구유닛이 장착된 Y축 유닛이 X축 슬라이드에 재치 되어 있다. 공구 유닛이 수직축 상태인 경우에는, Y축 유닛의 홀더베이스를 X축 방향으로 평행하게 설정하고, 경사진 축 상태인 경우에는, 홀더베이스를 X축 방향으로 직교시켜 설정하는 것이다. 또한, 상기 NC공작기계는, Y축 유닛이 X축 슬라이드에 고정된 베이스 플레이트(base plate)에 선회가능하게 설치된 선회플레이트에 설치되고, 선회플레이트를 베이스 플레이트 위에서 90°회전시킴으로써 홀더베이스(holder base)의 위치가 변경되고, 베이스 플레이트에는, 선회플레이트의 선회를 가이드하는 조절 플레이트가 설치되어 있다. 또한, 상기 NC공작기계는, 공구 유닛을 Y축 유닛에 경사진 축 상태로 장착하는 경우에는, 공구 유닛을 홀더 베이스 위에서 미리 정해진 소정량을 하강시키고, 이어서, 미리 정해진 소정량을 경사지게 하여 공구 유닛을 Y축 유닛에 고정하여 설정할 수 있는 것이다.

그러나, 본 출원인에 관한 상기 일본공개특허 2007-253306호 공보에 개시된 NC공작기계에서는, 각종 연삭, 절삭가공을 행한 워크에 대하여, 기내측정장치에 의해 워크의 외형 등의 각종 치수의 측정이나, 워크의 형상 오차 등의 표면형상의 측정에 대해서는 개시되어 있지 않았다. 또한, 종래의 기내측정장치에서는, 센서의 타입에 의해 사용방법이 달랐으며, 하나의 계측유닛으로서는, 워크에 대한 각종 외형이나 표면형상의 전부에 대하여 기내 측정이 불가능하다는 문제가 있었다. 또한, 다른 계측 유닛을 NC공작기계 등의 가공기에 장착하면, 기내의 가공을 위한 유효 스페이스가 좁아지고, 종래의 기내에서는 여분의 공간이 없어, 계측 유닛의 설치장소의 제약이 크고, 현실적으로는 복수의 계측 유닛을 설치할 수 없다는 문제점이 있었다. 또한, NC공작기계 등의 가공기로서는, 아무리 정밀도가 좋은 초정밀가공기라도, 워크를 가공할 때의 날기구(刀具)의 마모가 발생할 수 있는 현상이며, 이 날기구의 마모에 따른 워크에 대한 가공에 대해서, 워크의 가공에 외형 치수나 표면형상의 오차가 발생하는 것이며, 그 때문에 신뢰성 있는 고정밀도의 워크가공이 불가능하여, 문제였다.

본 발명의 목적은, 상기 문제를 해결하는 것이며, 예를 들면, 본 출원인이 개발한 일본공개특허 제2007-253306호 공보에서 개시한 NC공작기계 등의 가공기에 있어서, 각종 가공을 행한 워크에 대하여, 하나의 기내계측유닛에 의해 워크의 직경, 단차 등의 형상 치수의 측정이나, 워크의 구면형상, 비구면형상, 그것들의 형상 오차 등의 표면형상의 측정을 가능하게 한 것으로서, 기내계측유닛을 워크의 외경, 내경, 테이퍼, 단차 등의 외형 등의 형상 치수를 계측하는 터치센서로서 사용할 때는, 슬라이더 고정용 치구에 의해 에어 정압 슬라이드 유닛에서의 슬라이더 베이스에 슬라이더를 고정하고, 내장된 터치센서에 의해 비가공 워크의 접촉시의 좌표를 기준으로 하여 계측을 행하고, 또한, 워크의 구면형상, 비구면형상, 또는 그 외의 여러 가지의 표면형상을 추적하여 워크의 형상이나 오차를 계측하는 변위센서로서 사용할 때에는, 에어 정압 슬라이더 유닛의 슬라이더를 고정하지 않고, 워크에 접하는 터치프루브를 통해서 전후의 움직임을 읽어내어 계측하는 것을 가능하게 하고, 하나의 기내계측유닛으로 워크의 각종 측정을 기내 측정으로 고정밀도로 실현하고, 장치 그 자체를 컴팩트하게 구성하여, 워크의 측정시간을 단축하고, 워크가공의 생산성을 상승시키는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 주축 받침대에 회전가능하게 설치되고 또한 워크를 회전가능하게 지지하는 주축, 상기 주축의 축심인 Z축 방향에 직교하는 X축 방향으로 이동가능한 X축 슬라이드, 및 상기 X축 슬라이드에 배설된 기내계측유닛을 구비하고 있고,

상기 기내계측유닛은, 상기 X축 슬라이드에 고정된 유닛베이스(unit base), 상기 유닛베이스에 설치된 슬라이더 베이스(slider base)와 상기 슬라이더 베이스에 대하여 슬라이딩 가능한 슬라이더로 구성된 에어 정압 슬라이드 유닛(slide unit), 상기 슬라이더에 고정된 터치센서본체에 설치되고 또한 상기 주축 쪽으로 뻗어 상기 워크에 접촉가능한 터치프루브(touch probe), 상기 슬라이더에 연결된 변위센서, 및 상기 슬라이더와 상기 슬라이더 베이스를 고정 또는 해방하는 슬라이더 고정수단을 구비하고 있고,

상기 슬라이더 고정수단으로 상기 슬라이더를 상기 슬라이더 베이스에 고정함으로써, 상기 터치프루브가 상기 워크에 접하여 상기 워크의 외형 치수인 형상 치수를 계측하는 터치센서로 구성되고,

상기 슬라이더 고정수단으로 상기 슬라이더를 상기 슬라이더 베이스로부터 해방하여 상기 슬라이더를 슬라이딩 가능하게 함으로써, 상기 터치프루브가 상기 워크의 단면형상을 추적하여, 계측된 상기 터치프루브의 축 방향 변동이 상기 슬라이더를 통해서 전달되어 상기 변위센서에 구성되는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치에 관한 것이다.

이 다기능 기내측정장치에 있어서, 상기 터치센서에 의해 계측되는 상기 워크의 측정대상은, 상기 워크의 외경, 내경, 단차, 또는 코너 R의 절대값인 상기 형상 치수이고, 또한, 상기 변위센서에 의해 계측되는 상기 워크의 측정대상은, 상기 워크의 구면형상, 비구면형상, 형상 오차, 혹은 단차, 테이퍼, 구면 등으로 구성되는 연결된 형상을 따르는 단면 등의 상기 표면형상이다.

또한, 이 다기능 기내측정장치에서는, 상기 슬라이더와 상기 변위센서는, 상기 슬라이더에 고정된 연결로드, 및 상기 연결로드와 상기 변위센서를 연결하는 조인트에 의해 연결되어 있다.

또한, 이 다기능 기내측정장치는, 상기 에어 정압 슬라이드 유닛의 상기 슬라이더 베이스와 상기 유닛베이스의 연결 도중에는, 상기 유닛베이스에 대하여 상기 에어 정압 슬라이드 유닛의 경사를 조정하는 경사조정용 유닛과, 상기 유닛베이스에 대하여 상기 에어 정압 슬라이드 유닛의 높이를 조정하는 높이조정용 유닛이 설치되어 있는 것이다.

또한, 이 다기능 기내측정장치에 있어서, 상기 슬라이더에 고정된 상기 연결로드는, 상기 경사조정용 유닛과 상기 높이조정용 유닛에 형성된 중앙 구멍 부위를 관통하여 상기 변위센서로 뻗어 있다. 또한, 상기 슬라이더 고정수단은, 상기 슬라이더를 상기 슬라이더 베이스에 고정하는 슬라이더 고정용 플레이트로 구성되어 있다. 또한, 상기 터치프루브의 상기 워크에 대한 압력은, 상기 에어 정압 슬라이드 유닛에 설치된 촉압(觸壓) 조정 스프링에 의해 조정되는 것이다.

이 가공기에서의 다기능 기내측정장치는, 상기 X축 슬라이드에는, 제1 연삭 스핀들로 구동되고 또한 제1 숫돌이 설치되는 수평축 유닛, 및 제2 연삭 스핀들로 구동되고 또한 제2 숫돌이 설치되는 Y축 유닛이 각각 재치(載置)되어 있고, 상기 Y축 유닛에 설치한 홀더베이스에는 수직축 상태 또는 경사진 축 상태 중 어느 하나로 변경가능한 공구 홀더부가 장착되어 있는 것이다. 또한, 상기 기내계측유닛은, 상기 수평축 유닛과 상기 Y축 유닛 사이의 위치에서 상기 X축 슬라이드에 배설되어 있다.

또한, 이 가공기에서의 다기능 기내측정장치는, 상기 X축 슬라이드에는, 상기 기내계측유닛에 인접하여 적어도 하나의 홀더 베이스가 설치되고, 상기 홀더 베이스에는 각종 바이트가 설치되는 바이트 홀더가 고정되어 있는 것이다.

본 발명에 의한 가공기에서의 다기능 기내측정장치는, 상기와 같이 구성되어 있으므로, 날기구의 마모에 따른 워크에 대한 가공에 대하여, 치수나 형상 오차가 발생하는 것을 포함하여, 가공된 워크에 대하여 발생한 치수 오차나 형상 오차 전부의 측정을 하나의 기내계측유닛으로 측정가능하게 하고, 주축에서 워크를 분리하는 일 없이 워크에 대하여 보정가공을 행하는 것을 가능하게 하고, 더욱이 워크에 대한 각종 오차를 고정밀도로 용이하게 계측할 수 있고, 예를 들면, 광학 금형 등에 대해서는, 외경, 내경, 단면(端面) 등의 일반가공과, 렌즈부의 구면가공이나 비구면가공 등을 동시가공하는 것을 실현하고, 렌즈 등의 워크 가공 후에, 척물림을 풀지않고, 모든 계측을 기내에서 가능하게 한다는 효과를 갖는 것이다.

도 1은, 본 발명에 의한 다기능 기내측정장치를 탑재한 NC공작기계를 나타내는 평면도.
도 2는, 도 1의 NC공작기계에서의 Y축 유닛을 경사지게 한 상태를 나타내는 평면도.
도 3은, 도 1의 NC공작기계에서의 다기능 기내측정장치를 나타내는 측면도.
도 4는, 도 3의 다기능 기내측정장치를 나타내는 확대측면도.
도 5는, 도 3의 다기능 기내측정장치를 나타내는 평면도.
도 6는, 도 5의 다기능 기내측정장치를 나타내며, A 영역과 B 영역이 확대되어 나타나진 일부 파단의 확대평면도.
도 7은 도 3의 다기능 기내측정장치를 나타내는 배면도, 및
도 8은, 본 발명에 의한 다기능 기내측정장치를 탑재한 선반 등의 가공기를 나타내는 평면도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 다기능 기내측정장치를 탑재한 가공기 중에서도 NC공작기계의 예를 설명한다. 이 다기능 기내측정장치는, 여러가지 타입의 가공기에 적용가능하다. 이 NC공작기계는, 예를 들면, 베드(1) 위에 Z축 방향으로 왕복이동가능하게 배설된 Z축 슬라이드(3), Z축 슬라이드(3)에 설치된 주축(10)을 회전가능하게 지지하는 주축 받침대(11), 및 Z축 테이블(3)에 대하여 베드(1) 위에서 독립하여 설치되고 또한, Z축 슬라이드(3)가 왕복 이동하는 Z축 방향에 직교하는 X축 방향으로 이동가능한 X축 슬라이드(2)를 갖는다. Z축 슬라이드(3)는, 베드(1) 위에서 서보모터 등의 모터(도시하지 않음)로 Z축 방향으로 왕복 이동하도록 구성되어 있다. 또한, 주축 받침대(11)에 회전 가능하게 지지된 주축(10)은, 예를 들면, 스핀들 모터에 의해 회전구동된다. 주축(10)의 선단에는, 워크(19)를 파지하는 척(12)이 설치되어 있다. 워크(19)는, 척(12)에 파지되어 주축(10)의 회전 구동에 의해 회전된다. 또한, X축 슬라이드(2)는, Z축 테이블(3)의 Z축 방향에 수직하는 X축 방향으로 이동가능하고, 주축(10)의 척(12)에 설치된 워크(19)와 대향하도록 베드(1) 위에 배치되어 있다. X축 슬라이드(2)는, 칼날 받침대 유닛을 구성하고, 베드(1) 위에서 서보모터 등의 모터(도시하지 않음)로 X축 방향으로 왕복 이동하도록 구성되어 있다.

이 NC공작기계는, X축 슬라이드(2)에서는, 수평축 유닛(5)과 수평축 유닛(5)으로 간격을 두고 위치한 Y축 유닛(4)의 2종류의 칼날 받침대, 및 상기 칼날 받침대에 인접하여, 도 1에서는 중간 위치에, 본원발명의 특징인 다기능 기내측정장치를 구성하는 기내계측유닛(6)이 배설되어 있다. 이 NC공작기계에 있어서, 수평축 유닛(5)과 Y축 유닛(4)에는, 연삭 스핀들(13)이 내설(內設)되어, 워크(19)를 연삭가공하는 숫돌 등의 공구의 회전구동을 행하도록 구성되어 있다.

수평축 유닛(5)은, X축 슬라이드(2)에 고정된 베이스(24)에 대하여 수평방향을 변경할 수 있는 홀더(64)를 구비하고 있고, 홀더(64)에는 설치 각도를 변경가능하게 설치되는 공구 홀더부(25)가 설치되고, 베이스(24) 위에서 홀더(64)를 회전 이동시켜 홀더(64)를 베이스(24)에 고정함으로써 공구 홀더부(25)의 수평방향으로의 향함을 변경할 수 있다. 홀더(64)에는, 축부착 숫돌(32) 등의 공구를 설치하기 위한 공구 홀더부(25)가 일체 구조로 설치되어 있다. 또한, Y축 유닛(4)에 설치한 홀더베이스(15, 16)에는, 수직축 상태 또는 경사진 축 상태 중 어느 하나로 자세변경 가능한 공구 홀더부(26)가 장착되어 있다. Y축 유닛(4)에 공구 홀더부(26)를 경사진 축의 자세로 장착한 경우에, 공구 홀더부(26)에 장착된 콜렛공구(14)(도 2)에 축부착 숫돌(32)로서 원통형 숫돌(18)을 설치하면, 소경(小經)의 워크(19)를 가공하는 데에 적절하다. 공구 홀더부(26)는, Y축 유닛(4)에 대하여, 홀더베이스(15,16)를 통해서 2종류의 상태 즉, 자세로 설치할 수 있다. 이 NC공작기계에서는, Y축 유닛(4)에 공구 홀더부(26)를 수직축 상태의 자세로 장착하는 경우에는, Y축 유닛(4)의 홀더베이스(15,16)가 X축 방향으로 수평이 되도록 X축 슬라이드(2)에 설정한다. 또한, Y축 유닛(4)에 공구 홀더부(26)를 경사진 축 상태의 자세로 장착하는 경우에는, Y축 유닛(4)의 홀더베이스(15,16)를 X축 방향으로 직교시켜 X축 슬라이드(2)에 설정하는 것이다.

본 발명에 의한 가공기에서의 다기능 기내측정장치는, 상기 NC공작기계에 설치된 것이다. 이 NC공작기계는, X축 슬라이드(2)에는, 연삭 스핀들(13)로 구동되고 또한 워크(19)를 가공하는 축부착 숫돌(32)이 설치된 수평축 유닛(5), 연삭 스핀들(13)로 구동되고 또한 워크(19)를 가공하는 주판형 숫돌(17) 또는 원통형 숫돌(18)이 설치된 수직축 유닛인 Y축 유닛(4), 및 수평축 유닛(5)과 Y축 유닛(4)의 사이에 배치된 다기능 기내측정장치를 구성하는 기내계측유닛(6)이 각각 재치 즉, 배설되어 있다. 또한, Y축 유닛은, 그것에 설치한 홀더베이스(15,16)에는 수직축 상태 또는 경사진 축 상태 중 어느 하나로 변경가능한 공구 홀더부(26)가 장착되어 있다.

기내계측유닛(6)은, X축 슬라이드(2)에 유닛베이스(20)를 통해서 설치되어 있다. 기내계측유닛(6)은, X축 슬라이드(2)에 고정된 유닛베이스(20)에 설치된 슬라이더 베이스(45)와 상기 슬라이더 베이스(45) 위를 슬라이딩 가능한 슬라이더(21)로 구성된 에어 정압 슬라이드 유닛(22), 슬라이더(21)에 누름치구(36,37)로 고정된 터치센서본체(7)에 설치되고 또한 주축(10) 쪽으로 뻗어 워크(19)에 접촉가능한 터치프루브(8), 슬라이더(21)에 연결된 변위센서(9), 및 슬라이더(21)와 슬라이더 베이스(45)를 고정 또는 해방하는 슬라이더 고정용 플레이트(30) 등의 슬라이더 고정수단을 구비하고 있다. 기내계측유닛(6)은, 각종 연삭가공을 행한 워크(19)에 대하여, 워크(19)의 외경, 내경, 단차 등의 외형 등의 형상 치수의 측정, 및 워크(19)의 구면형상, 비구면형상 등의 표면형상을 추적하여 계측하고, 그들의 형상 오차 등을 측정할 수 있는 것이다. 이 다기능 기내측정장치는, 슬라이더 고정용 플레이트(30)에 의해 슬라이더(21)를 슬라이더 베이스(45)에 고정한 상태로, 터치프루브(8)가 워크(19)의 외형 등의 형상 치수를 계측하는 터치센서를 구성하고, 또한, 슬라이더 고정용 플레이트(30)에 의해 슬라이더(21)를 슬라이더 베이스(45)로부터 해방한 슬라이딩 상태에서, 터치프루브(8)가 워크(19)의 단면 등의 표면형상을 추적하여 계측하고, 터치프루브(8)의 축 방향 변동이 슬라이더(21)를 통해서 변위센서(9)로 전달되고, 변동한 변위센서(9)에 의해 워크(19)의 표면형상이 측정된다. 즉, 이 다기능 기내측정장치는, 워크(19)에 대하여 다른 2종류, 즉, 형상 치수와 표면형상의 측정을 가능하게 한 것이다. 이 다기능 기내측정장치에 있어서, 에어 정압 슬라이드 유닛(22)은, 에어 정압 슬라이드 유닛(22)과 경사 조정용 유닛(27)의 슬라이드부재(40)에 고정한 한 쌍의 보강 플레이트(55)로 보강하여 강성이 상승되어 있다.

기내계측유닛(6)에서의 에어 정압 슬라이드 유닛(22)의 상부에는, 터치프루브(8)의 워크(19)에 대한 촉압조정을 위해, 한 쌍의 스프링(23)이 설치되어 있다. 스프링(23)은, 터치프루브(8)의 워크(19)에 대한 압력인 촉압을 조정하는 기능을 갖고 있다. 촉압조정기구에서는, 슬라이더(21)의 전후에는 단판(端坂, 60)이 고정되어 있고, 양 단판(60)에는 스프링(23)의 일단을 거는 스프링 걸이봉(58)이 설치되어 있다. 또한, 슬라이더(21)의 상면에는 조정플레이트(57)가 슬라이딩가능하게 설치되어 있다. 조정플레이트(57)에는, 스프링(23)의 타단을 거는 스프링 걸이봉(59)이 설치되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 기내계측유닛(6)에서는, 조정플레이트(57)에 설치한 조정구멍인 장공(長孔, 61)에는 고정나사(62)가 삽통되고, 그것에 의해 조정플레이트(57)는 슬라이더(21)의 조정된 소정의 위치에 고정나사(62)에 의해 고정된다.

슬라이더(21)는, 전후로 근소하게, 예를 들면, ±1mm정도, 조정이동시킬 수 있다. 다이얼 게이지를 슬라이더(21)의 전면(前面)에 닿게하여, 스트로크 중심에 맞추고, 스프링(23)을 스프링 걸이봉(58,59)에 걸고, 조정플레이트(57)로 스트로크 중심으로 조정한다. 또한, 터치프루브(8)는, 튀어나온 길이가 짧은 때에는 익스텐션바(extension bar, 도시하지 않음)를 사용할 수 있다. 에어 정압 슬라이드 유닛(22)은, 그 하면이 설치나사 또는, 볼 플랜저 등의 지지부재(56)에 의해 유닛베이스(20) 위에 재치상태로 지지되어, 안전성이 확보되어 있다.

기내계측유닛(6)은, 플레이트로 구성가능한 슬라이더 고정수단에 의해 슬라이더(21)를 슬라이더 베이스(45)에 고정하여 터치센서본체(7)에 내장된 터치센서를 밀어붙여 워크(19)의 외경, 내경, 단차 등의 워크의 치수를 계측하고, 또한, 슬라이더 고정수단에 의해 슬라이더(21)를 슬라이더 베이스(45)로부터 해방하여 터치프루브(8)의 변동을 변위센서(9)로 전달하여 변위센서(9)를 밀어 붙이고, 워크(19)의 구면형상, 비구면형상 등의 표면형상을 추적하여, 이들의 형상 오차 등을 계측하는 것이다. 이 다기능 기내측정장치는, 내장된 터치센서에 의해 비가공 워크(19)의 접촉시의 좌표를 이용하여 계측을 행하고, 워크(19)의 구면형상, 비구면형상 등의 단면 등의 표면형상을 계측하여 추적할 때에는, 에어 정압 슬라이드 유닛(22)에서의 슬라이더(21)를 슬라이더 베이스(45)에 고정하지 않고 해방하여, 워크(19)에 접하는 터치프루브(8)를 통해서 전후의 움직임을 읽어내는 변위센서(9)로서 기능시켜, 워크형상을 추적하여 계측하는 것이다. 변위센서(9)는, 케이스(54) 안을 관통하여 설치되고, 예를 들면, 분해능이 0.01㎛의 정밀도인 것이 사용되고 있다.

또한, 이 다기능 기내측정장치에 있어서, 슬라이더(21)와 변위센서(9)는, 도 4 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 슬라이더(21)에 고정된 연결로드(35), 및 연결로드(35)와 변위센서(9)를 연결하는 조인트(34)에 의해 연결되어 있다. 자세하게는, 슬라이더(21)에 고정된 누름치구(36)에는, 연결로드(35)의 일단부가 부호'39'로 나타낸 것처럼 나사가 들어가 고정되어 있다. 연결로드(35)의 타단부는, 나사와 너트를 구비한 조인트(34)에 의해 변위센서(9)에 고정되어 있다. 또한, 이 다기능 기내측정장치에 있어서, 에어 정압 슬라이드 유닛(22)은, 높이조정용 유닛(28)과 경사조정용 유닛(27)을 통해서 유닛베이스(20)에 설치되어 있다. 또한, 터치프루브(8)의 워크(19)에 대한 고저(高低)상태를 높이조정용 유닛(28)으로 조정하고, 또한, 경사상태를 경사조정용 유닛(27)으로 조정한다. 따라서, 에어 정압 슬라이드 유닛(22)은, 높이조정용 유닛(28)에 의해 유닛베이스(20)에 대하여 높이가 조절되고, 또한, 경사조정용 유닛(27)에 의해 유닛베이스(20)에 대하여 경사가 조절되도록 구성되어 있다. 또한, 터치센서본체(7)를 고정한 슬라이더(21)에는, 높이조정용 유닛(28)의 중앙구멍 등의 중앙 구멍 부위(52)와 경사조정용 유닛(27)의 중앙구멍 등의 중앙 구멍 부위(53)를 관통하는 연결로드(35)가 고정되어 있다. 연결로드(35)와 변위센서(9)는 조인트(34)로 연결되어 있다. 그런 이유로, 슬라이더(21)와 변위센서(9)는, 연결로드(35)와 조인트(34)를 통해서 연결되어 있다. 따라서, 터치프루브(8)가 워크(19)에 접하여 워크(19)의 표면형상에 따라 축 방향을 변동하면, 그 축 방향의 변동이 슬라이더(21)에 전달되어 슬라이더(21)의 축 방향의 이동으로 되고, 슬라이더(21)의 축 방향의 이동이 연결로드(35)를 통해서 변위센서(9)로 전달되는 것으로 된다.

이 다기능 기내측정장치에 있어서, 높이조정용 유닛(28)은, 높이가이드 스테이지에 있어서 유닛베이스(20)에 고정된 플레이트(44)에 설치된 고정부재(43)와, 고정부재(43)에 대하여 높이조정용 손잡이(48)로 높이 방향으로 이동하는 슬라이드부재(42)로 이루어진다. 높이조정용 손잡이(48)로 높이 방향을 조정하고, 이어서 높이유닛 고정용 고정나사(31)로 슬라이드부재(40)를 고정한다. 높이조정용 손잡이(48)는, 마이크로식이며, 예를 들면, 손잡이(48)를 아래로 조정한 때에는 슬라이드부재(42)가 아래로 움직이고, 손잡이(48)를 위로 조정한 때에는 슬라이드부재(42)가 위쪽으로 움직이도록 설치되어 있다. 손잡이(48)와 슬라이드부재(48)는, 접촉하고 있을 뿐이며, 서로 고정되지 않은 구조이다. 슬라이드부재(42)는, 슬라이드부재(42)와 고정부재(43)의 사이에 스프링(63)이 내설되어 있고, 고정 나사(31)에 의한 고정을 해방하면, 스프링(63)의 탄성력으로 원래의 위치로 되돌아 가도록 구성되어 있다. 또한, 경사조정용 유닛(27)은, 높이조정용 유닛(28)의 슬라이드부재(42)에 고정된 고정부재(41)와, 에어 정압 슬라이드 유닛(22)에 설치된 슬라이드부재(40)로부터 이루어지고, 고정부재(41)의 오목면(46)에 대하여 슬라이드부재(40)의 볼록면(47)을 경사조정용 손잡이(49)로 슬라이딩시켜 위치설정하여 에어 정압 슬라이드 유닛(22)의 경사상태를 설정하고, 경사유닛 고정용 고정나사(33)로 고정한다. 슬라이드부재(40)는, 고정나사(33)에 의한 고정을 해방하면, 탄성력으로 원래의 위치로 되돌아 가도록 구성되어 있다. 경사조정용 손잡이(49)의 작동은, 경사상태를 조정하는 것 이외에는, 높이조정용 손잡이(48)와 마찬가지이다. 슬라이드부재(40)의 움직임은, 경사상태를 조정하는 것 이외에는, 슬라이드부재(42)의 움직임과 마찬가지이다.

이 다기능 기내측정장치는, 터치센서로 가공된 워크(19)의 외경, 내경, 단차 등의 외형의 형상 치수를 측정할 때에는, 에어 정압 슬라이드 유닛(22)에서의 슬라이더(21)를 슬라이더 고정용 플레이트(30)를 에어 정압 슬라이드 유닛(22)에 나사 등으로 설치하고, 슬라이더 고정용 플레이트(30)에 의해 슬라이더(21)를 슬라이더 베이스(45)에 고정하고, 터치프루브(8)를 터치센서로써 기능시켜, 통상의 측정방법으로 가공된 워크(19)의 상기 각종의 형상 치수를 측정한다. 워크(19)의 형상 치수의 측정에서는, 워크(19)의 외형형상에 터치프루브(8)를 접촉시켜 터치센서로서 기능하여 얻은 정보를, 컴퓨터로 처리하여 워크(19)의 외형 등의 형상 치수를 측정한다.

가공된 워크(19)의 구면형상, 비구면형상 등의 표면형상을 측정하는 때에는, 에어 정압 슬라이드 유닛의 고정을 해방하기 위해, 슬라이더 고정용 플레이트(30)를 에어 정압 슬라이드 유닛(22)에서의 슬라이더(21)로부터 해방하고, 슬라이더(21)를 슬라이더 베이스(45)에 대하여 자유롭게 하여, 즉 슬라이딩 상태로 하여, 터치센서에서의 터치프루브(8)를 변위센서(9)의 촉수(觸手)로 하고, 터치프루브(8)의 약간의 전후방향의 위치변동을 에어 정압 슬라이드 유닛(22)에서의 슬라이더(21), 및 연결로드(35)를 통해서 변위센서(9)로 전달하고, 변위센서(9)의 전후방향의 변동으로 워크(19)의 표면형상을 추적하여 측정한다. 즉, 가공된 워크(19)의 표면형상을 측정하는 때에는, 에어 정압 슬라이드 유닛(22)을 자유롭게 하고, 터치프루브(8)는 워크(19)의 표면을 모방하여 추적 측정을 행하고, 그 데이터 즉 정보를 컴퓨터로 해석하여, 단차나 요철형상을 표기한다. 이어서, 한번 가공한 프로그램과 그 오차분을 가미한 보정프로그램을 작성하여, 워크(19)의 표면을 가공하여 워크(19)의 가공표면의 형상 오차를 수정한다. 종래의 가공방법에서는, 워크(19)의 곡면가공을 하면, 워크형상은, 터치센서로 코너 R의 절대값 만을 측정하고, 가공면의 추적은 기(機)외에서 측정했기 때문에, 다시, 워크(19)를 기내에 설치해야만 하고, 그 때문에 시간이 필요하거나, 오차가 생겼다. 그러나, 이 다기능 기내측정장치는, 변위센서(9)에 의한 추적은, 구면 등의 가공면의 표면상태를 알기 쉽고, 가공으로 피드백하여, 정밀도가 있는 가공을 계속해서 행할 수 있으며, 다시 척물림때문에 발생할 수 있는 가공 워크의 중심 어긋남, 또는 순서를 정하는 준비 시간이 발생하지 않는다.

계속해서, 도 8을 참조하여, 본 발명에 의한 가공기에서의 다기능 기내측정장치의 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예는 가공기로서 선반에 적용한 것이며, 칼날 받침대 유닛(65)으로써 기능하는 X축 슬라이드(2)에는, 기내계측유닛(6)에 인접하여, 적어도 하나(도 8에서는 2개)의 홀더베이스(66)가 설치되고, 홀더베이스(66)에는 각종(도 8에서는 2종류)의 바이트(B1, B2, B3, B4)가 설치되는 바이트홀더(67)가 고정되어 있는 것이다. 본 실시예에서의 기내계측유닛(6)은, 상기 실시예의 경우와 마찬가지의 기능을 발휘할 수 있는 것이다.

산업상 이용가능성

이 가공기에서의 다기능 기내측정장치는, 예를 들면, 워크를 바이트, 숫돌 등의 공구로 절삭가공하는 선반, 연삭반, NC공작기계 등의 가공기에 적용하여 하나의 계측유닛으로 워크의 외경, 내경 등의 형상 치수, 구면형상, 비구면형상 등의 표면형상의 측정에 적용하는 데에 바람직한 것이다.

Claims

주축 받침대에 회전가능하게 설치되고, 또한 워크를 회전가능하게 지지하는 추축, 상기 주축의 축심인 Z축 방향에 직교하는 X축 방향으로 이동가능한 X축 슬라이드, 및 상기 X축 슬라이드에 배설된 기내(機內)측정유닛을 구비하고,
상기 기내계측유닛은, 상기 X축 슬라이드에 고정된 유닛베이스(unit base), 상기 유닛베이스에 설치된 슬라이더 베이스(slider base)와 상기 슬라이더 베이스에 대하여 슬라이딩 가능한 슬라이더로 구성된 에어 정압 슬라이드 유닛(slide unit), 상기 슬라이더에 고정된 터치센서본체에 설치되고 또한 상기 주축 쪽으로 뻗어 상기 워크에 접촉가능한 터치프루브(touch probe), 상기 슬라이더에 연결된 변위센서, 및 상기 슬라이더와 상기 슬라이더 베이스를 고정 또는 해방하는 슬라이더 고정수단을 구비하고,
상기 슬라이더 고정수단으로 상기 슬라이더를 상기 슬라이더 베이스에 고정함으로써, 상기 터치프루브가 상기 워크에 접하여 상기 워크의 외형 치수인 형상 치수를 계측하는 터치센서에 구성되고,
상기 슬라이더 고정수단으로 상기 슬라이더를 상기 슬라이더 베이스로부터 해방하여 상기 슬라이더를 슬라이딩 가능하게 함으로써, 상기 터치프루브가 상기 워크의 단면(端面)의 표면형상을 추적하고, 계측된 상기 터치프루브의 축 방향 변동이 상기 슬라이더를 통해서 전달되어 상기 변위센서에 구성되는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.
제1항에 있어서,
상기 터치센서에 의해 계측되는 상기 워크의 측정대상은, 상기 워크의 외경, 내경, 단차, 코너 R의 절대값의 상기 워크의 상기 형상 치수이고, 또한, 상기 변위센서에 의해 계측되는 상기 워크의 측정대상은, 상기 워크의 구면(球面)형상, 비구면(非球面)형상, 형상 오차, 단차, 테이퍼, 구면으로 구성되는 연속된 형상을 따르는 상기 워크의 단면(端面)의 상기 표면형상인 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.
제1항에 있어서,
상기 슬라이더와 상기 변위센서는, 상기 슬라이더에 고정된 연결로드, 및 상기 연결로드와 상기 변위센서를 연결하는 조인트에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.
제1항에 있어서,
상기 에어 정압 슬라이더 유닛의 상기 슬라이더 베이스와 상기 유닛베이스의 연결도중에는, 상기 유닛베이스에 대하여 상기 에어 정압 슬라이드 유닛의 경사를 조정하는 경사조정용 유닛과, 상기 유닛베이스에 대하여 상기 에어 정압 슬라이드 유닛의 높이를 조정하는 높이조정용 유닛이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.
제4항에 있어서,
상기 슬라이더에 고정된 상기 연결로드는, 상기 경사조정용 유닛과 상기 높이조정용 유닛에 형성된 중앙 구멍 부위를 관통하여 상기 변위센서로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.
제1항에 있어서,
상기 슬라이더 고정수단은, 상기 슬라이더를 상기 슬라이더 베이스에 고정하는 슬라이더 고정용 플레이트로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.
제1항에 있어서,
상기 터치프루브의 상기 워크에 대한 압력은, 상기 에어 정압 슬라이드 유닛에 설치된 촉압(觸壓)조정 스프링에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.
제1항에 있어서,
상기 X축 슬라이드에는, 제1 연삭 스핀들로 구동되고 또한 제1 숫돌이 설치되어 있는 수평축 유닛, 및 제2 연삭 스핀들로 구동되고 또한 제2 숫돌이 설치되어 있는 Y축 유닛이 각각 재치(載置)되어 있고, 상기 Y축 유닛에 설치한 홀더베이스(holder base)에는 수직축 상태 및 경사진 축 상태 중 어느 하나로 변경가능한 공구 홀더부가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.
제8항에 있어서,
상기 기내계측유닛은, 상기 수평축 유닛과 상기 Y축 유닛의 사이의 위치에 있어서 상기 X축 슬라이드에 배설(配設)되어 있는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.
제1항에 있어서,
상기 X축 슬라이드에는, 상기 기내계측유닛에 인접하여 홀더 베이스가 설치되고, 상기 홀더 베이스에는 각종 바이트가 설치되는 바이트 홀더가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 가공기에서의 다기능 기내측정장치.