JP5381013B2 - ネジ溝検出装置、ネジ溝検出方法、及び工作機械 - Google Patents
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Description
そこで、特許文献1に記載された従来技術では、ボールネジ軸のネジ溝位置を検出するために非接触型センサを用い、図10(A)及び(B)に示すように、非接触型センサ120をワークWの外形面WSに近接させている。そして、ワークWを回転させて、ネジ溝WNの中心を挟んだ両肩部を検出し、ワークWのY軸方向におけるネジ溝中心、及びワークWのZ軸方向におけるネジ溝中心を割り出す、ボールネジ軸の溝位置合わせ装置が提案されている。
また、非接触型センサ120を用いているが、非接触型センサは近接したことを精度よく検出できるが、ネジ溝はセンサに近接するのでなく離間する方向である(近接するのはネジ山である)ので、ネジ溝の位置を直接検出することができない。そこで、センサに近接するネジ溝の両肩部(ネジ山)を検出し、検出した両肩部の中心を、ネジ溝の中心とみなしている。このため、測定値のばらつきや、比較的大きな誤差が発生する場合がある。
また、リード幅が狭い場合、肩部の測定が困難であり、肩部が山形状となるネジの場合、測定できない可能性がある。
ネジ溝位置を正確に検出できずに、当該ネジ溝位置に砥石を当てて研削した場合、ネジ溝の左右の取代が異なることで過大な研削熱が発生して硬度低下を招いたり、更には研削割れが発生したりする場合もある。
また、ネジ溝の両肩部を検出する際、非常に低速でワーク(またはセンサ)を移動させるため、肩部から離れた位置から検出を開始すると、検出完了までに長い時間を要す。また、精度を出すためには何回もセンサを往復させて測定する必要があるため、非常に時間がかかる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、小型で工作機械への搭載が容易であり、ネジ溝の中心位置を直接的に検出することで、より高精度に、且つより短時間にネジ溝の中心位置を測定することができるネジ溝検出装置、ネジ溝検出方法、及び当該ネジ溝検出装置を備えた工作機械を提供することを課題とする。
請求項1に記載のネジ溝検出装置は、所定の回転軸回りに回転可能に保持したワークの少なくとも一部の円筒面に形成されたネジ溝の位置を検出するネジ溝検出装置であって、前記ネジ溝に接触させる接触子と、前記ネジ溝検出装置に対して前記回転軸に平行なリード方向に往復移動可能となるように前記接触子を保持するフローティング手段と、前記ネジ溝検出装置に対して前記回転軸に交差する方向に移動可能に保持された前記接触子を前記回転軸に交差する方向に付勢する付勢手段と、前記接触子と自身との前記リード方向の距離を検出して前記ネジ溝検出装置に設定した基準点に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出可能なリード側位置検出手段と、前記接触子と自身との前記回転軸に直交する径方向の距離を検出して前記ネジ溝検出装置に設定した前記基準点に対する前記接触子の前記径方向の位置を検出可能な径側位置検出手段と、を備えている。
そして、前記接触子を前記回転軸に交差するように前記ワークに押し付け、前記径側位置検出手段を用いて前記接触子が前記ネジ溝に入ったことを検出し、前記リード側位置検出手段を用いて前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出して、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する。
請求項2に記載のネジ溝検出装置は、請求項1に記載のネジ溝検出装置であって、前記接触子と前記フローティング手段と前記付勢手段とを備えて前記接触子を前記ワークの方向に向けて保持するとともに、前記リード側位置検出手段と前記径側位置検出手段とを備えた保持手段と、前記保持手段を前記回転軸に交差する方向に移動可能な検出体移動手段と、制御手段と、を備えている。
そして、前記制御手段は、前記検出体移動手段を用いて前記保持手段を前記ワークに向かって前進させ、前記径側位置検出手段からの検出信号に基づいて、前記接触子が前記ネジ溝に入ったことを検出し、前記リード側位置検出手段からの検出信号に基づいて、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出して、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する。
請求項3に記載のネジ溝検出装置は、請求項2に記載のネジ溝検出装置であって、更に、前記接触子を前記ワークに接触させた際の前記保持手段の前記リード方向へのずれ量を検出可能な検出体ずれ量検出手段を前記ネジ溝検出装置の任意の固定部に備え、前記検出体ずれ量検出手段からの検出信号に基づいて、検出したネジ溝の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置を補正する。
請求項4に記載のネジ溝検出装置は、請求項2に記載のネジ溝検出装置であって、前記リード側位置検出手段を、前記保持手段に備える代わりに、前記ネジ溝検出装置の任意の固定部に備えている。
請求項5に記載のネジ溝検出装置は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、前記接触子を前記ワークに接触させた後、前記径側位置検出手段からの検出信号に基づいて前記接触子がネジ溝に入っていないと検出された場合、少なくとも前記接触子が前記ネジ溝に入ったと検出されるまで、前記ワークを前記回転軸回りに回転させる。
請求項6に記載のネジ溝検出装置は、請求項1〜5のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、前記接触子が前記ネジ溝に入ったことを検出した後、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の仮の位置を求め、求めた仮の位置に基づいて、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置が、予め設定した所定位置とほぼ一致するように、前記ワークを前記回転軸回りに回転させ、再度、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を、前記リード側位置検出手段からの検出信号に基づいて検出し、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する。
請求項7に記載のネジ溝検出装置は、請求項1〜6のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を前記リード側位置検出手段からの検出信号に基づいて検出する前に、前記ワークを予め設定した所定方向に所定角度だけ前記回転軸回りに回転させる。
請求項8に記載のネジ溝検出装置は、請求項1〜6のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を前記リード側位置検出手段からの検出信号に基づいて検出する前に、前記ワークを前記回転軸回りに往復回転させ、更に前記ワークを予め設定した所定方向に所定角度だけ前記回転軸回りに回転させる。
また、本発明の第9発明は、請求項9に記載されたとおりのネジ溝検出装置である。
請求項9に記載のネジ溝検出装置は、請求項1〜5のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、前記フローティング手段は、前記接触子が前記ワークまたは前記ネジ溝に接触していない場合における前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置である中立位置からのずれ量に応じて前記中立位置へと戻すための復元力を与える弾性手段であり、前記制御手段には、前記中立位置から前記リード方向の一方に第1所定距離だけ離れた理想第1中継位置が記憶されている。
前記制御手段は、前記接触子が前記ネジ溝に入ったと検出した後、前記リード側位置検出手段を用いて前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の現在の位置である落とし込み位置を求め、前記落とし込み位置から前記理想第1中継位置までの前記リード方向の距離である第1移動距離及び移動方向を求め、求めた落とし込み位置と第1移動距離及び移動方向と前記ネジ溝のピッチとに基づいて前記接触子を前記理想第1中継位置に移動させるための前記ワークの回転方向及び前記ワークの回転角度を求め、求めた回転方向に求めた回転角度だけ前記ワークを回転させて、前記接触子を前記理想第1中継位置の近傍まで移動させる。
そして制御手段は、前記リード側位置検出手段を用いて前記理想第1中継位置の近傍まで移動させた前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置である実第1中継位置を求め、前記実第1中継位置から前記中立位置までの前記リード方向の距離である第2移動距離及び移動方向を求め、求めた実第1中継位置と第2移動距離及び移動方向と前記ネジ溝のピッチとに基づいて前記接触子を前記中立位置に移動させるための前記ワークの回転方向及び前記ワークの回転角度を求め、求めた回転方向に求めた回転角度だけ前記ワークを回転させて、前記接触子を前記中立位置の近傍まで移動させ、前記リード側位置検出手段を用いて前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出する。
また、本発明の第10発明は、請求項10に記載されたとおりのネジ溝検出装置である。
請求項10に記載のネジ溝検出装置は、請求項9に記載のネジ溝検出装置であって、前記制御手段には、更に、前記リード方向において前記理想第1中継位置と前記中立位置との間に1個以上の理想中継位置が記憶されている。
前記制御手段は、前記リード側位置検出手段を用いて前記理想第1中継位置の近傍まで移動させた前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置である実第1中継位置を求めた後、前記実第1中継位置から前記中立位置に向かって隣の理想中継位置までの前記リード方向の距離である第3移動距離及び移動方向を求め、求めた実第1中継位置と第3移動距離及び移動方向と前記ネジ溝のピッチとに基づいて前記接触子を前記隣の理想中継位置に移動させるための前記ワークの回転方向及び前記ワークの回転角度を求め、求めた回転方向に求めた回転角度だけ前記ワークを回転させて、前記接触子を前記隣の理想中継位置の近傍まで移動させる。
そして制御手段は、前記リード側位置検出手段を用いて、移動させた前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置である実中継位置を求めた後、前記実中継位置から更に前記中立位置に向かって隣の理想中継位置または隣の前記中立位置までの前記リード方向の距離である移動距離及び移動方向を求め、求めた前記実中継位置と前記移動距離及び移動方向と前記ネジ溝のピッチとに基づいて前記接触子を前記隣の理想中継位置または隣の前記中立位置まで移動させるための前記ワークの回転方向及び前記ワークの回転角度を求め、求めた回転方向に求めた回転角度だけ前記ワークを回転させて、前記接触子を前記隣の理想中継位置または隣の前記中立位置の近傍まで移動させる処理を、前記中立位置の近傍に移動させるまで繰り返した後、前記リード側位置検出手段を用いて前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出する。
また、本発明の第11発明は、請求項11に記載されたとおりのネジ溝検出装置である。
請求項11に記載のネジ溝検出装置は、請求項1〜10のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、前記フローティング手段は、前記接触子が前記ワークまたは前記ネジ溝に接触していない場合における前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置である中立位置からのずれ量に応じて前記中立位置へと戻すための復元力を与える弾性手段であり、更に、前記接触子を振動させることが可能な振動手段を備える。
そして前記制御手段は、前記ネジ溝の位置を検出する前に前記振動手段を用いて前記接触子を振動させ、前記振動を停止させた後に前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する。
また、本発明の第12発明は、請求項12に記載されたとおりのネジ溝検出装置である。
請求項12に記載のネジ溝検出装置は、請求項11に記載のネジ溝検出装置であって、前記振動手段は、伸縮を繰り返して前記接触子を振動させることが可能な圧電素子であり、前記リード方向に伸縮するように配置されている。
請求項13に記載のネジ溝検出装置は、請求項1〜12のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、前記リード側位置検出手段は、第1リード側位置検出手段と第2リード側位置検出手段の2つで構成されており、前記第1リード側位置検出手段は、前記接触子に対して前記リード方向における一方の側に設けられ、前記第2リード側位置検出手段は、前記接触子に対して前記リード方向における他方の側に設けられ、前記第1リード側位置検出手段と前記第2リード側位置検出手段との間に前記接触子が配置されている。
そして、前記第1リード側位置検出手段からの検出信号と、前記第2リード側位置検出手段からの検出信号との比に基づいて、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出して、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する。
また、本発明の第14発明は、請求項14に記載されたとおりのネジ溝検出装置である。
請求項14に記載のネジ溝検出装置は、請求項13に記載のネジ溝検出装置であって、前記フローティング手段は、前記リード方向に沿う押付け力または引張り力を発生させる弾性手段によって、前記ワークまたは前記ネジ溝に接触していない状態の前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置を中立位置に保持しており、前記中立位置からの前記接触子の前記リード方向の距離に応じて、前記接触子を前記中立位置に戻すための押付け力または引張り力を発生させる。
そして、前記中立位置の前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置が、前記第1リード側位置検出手段と前記第2リード側位置検出手段の中央の位置よりも第2所定距離だけずれた位置となるように、前記第1リード側位置検出手段と前記第2リード側位置検出手段とが配置されている。
請求項15に記載のネジ溝検出装置は、請求項1〜14のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、前記接触子の先端には、前記ネジ溝の幅に収まる径の球状部材が固定されている。
請求項16に記載の工作機械は、請求項1〜15のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置と、加工工具と、前記ワークを前記回転軸回りに回転可能なワーク回転手段と、前記ワークに対して前記加工工具を前記回転軸に交差する方向に相対的に移動可能な径側移動手段と、前記ワークに対して前記加工工具を前記回転軸に平行な方向に相対的に移動可能なリード側移動手段と、を備えた工作機械である。
そして、前記ネジ溝検出装置を用いて、前記ワークにおける前記ネジ溝の位置を検出し、前記ワークを前記回転軸回りに回転させて回転角度に対する前記接触子の前記リード方向への移動量から前記ネジ溝のピッチを検出し、前記径側移動手段と前記リード側移動手段を用いて、検出したネジ溝の位置に前記加工工具を位置決めし、前記ワーク回転手段を用いて前記ワークを前記回転軸回りに回転させるとともに、検出した前記ピッチに基づいて前記リード側移動手段を用いて前記加工工具を前記回転軸に平行な方向に相対移動させて前記ネジ溝を研削する。
また、本発明の第17発明は、請求項17に記載されたとおりのネジ溝検出方法である。
請求項17に記載のネジ溝検出方法は、請求項14に記載のネジ溝検出装置を用いたネジ溝検出方法である。
前記接触子をネジ溝に入れて前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する際、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置が前記第1リード側位置検出手段と前記第2リード側位置検出手段との中央近傍となるように、前記ワークを回転させ、あるいは前記ネジ溝検出装置を前記ワークに対して相対的に前記リード方向に移動させて、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する、ネジ溝検出方法である。
また、実際のネジ溝に対するリード方向の位置は、リード方向に往復移動可能なフローティング手段、及びリード側位置検出手段を用いることで適切に検出することができる。また、接触子がネジ溝に入ったか否かは、径側位置検出手段を用いることで適切に検出することができる。
例えば、実際には同じネジ溝の位置であっても、接触子が右方向のリード方向に移動した結果で到達した場合と、接触子が左方向のリード方向に移動した結果で到達した場合とでは、いわゆるバックラッシュの影響により、測定結果が異なる場合があるが、このバックラッシュの影響を小さくすることができる。
また、請求項9に記載のネジ溝検出装置では、ワークを回転させて接触子をネジ溝に入れた後、接触子の中立位置からのずれ量は種々変化する。そして中立位置からのずれ量に応じて、フローティング手段からの復元力(接触子を中立位置に戻そうとする力)が変化するので、接触子がネジ溝の中心に収まっていない場合も考えられる(図13(B)参照)。
しかし、接触子をネジ溝に入れた後、接触子の位置が中立位置からどれだけ離れた位置にあっても、理想第1中継位置を経由させて中立位置(フローティング手段の復元力がほぼゼロとなる位置)の近傍まで移動させることで、接触子を適切にネジ溝の中心位置に収めることができるので、ネジ溝位置の検出誤差を更に小さくすることができる。
また、請求項10に記載のネジ溝検出装置では、中立位置の近傍まで移動させる際の中継位置を増やして、中立位置により近い位置に理想中継位置を設定することができるので、更にネジ溝位置の検出誤差を小さくすることができる。
また、請求項11に記載のネジ溝検出装置では、ネジ溝の位置を検出する前に接触子を振動させることで、接触子を適切にネジ溝の中心位置に収めることができるので、ネジ溝位置の検出誤差を更に小さくすることができる。
また、請求項12に記載のネジ溝検出装置では、図13(B)に示すようにネジ溝壁面NMの途中で止まっている接触子を適切な方向に振動させることができるので、より適切に接触子をネジ溝の中心位置に収めることができる。
また、請求項14に記載のネジ溝検出装置によれば、ネジ溝のリード方向の位置を、更に小さな誤差で検出できるネジ溝検出装置を実現することができる。
また、請求項17に記載のネジ溝検出方法によれば、請求項14に記載のネジ溝検出装置を用いて、ネジ溝のリード方向の位置を、更に小さな誤差で検出することができる。
また、図2(A)及び(B)は、主軸装置30L、30Rを用いてワークWを支持する様子を示している。
なお、全ての図面において、X軸、Y軸、Z軸は直交しており、Y軸は鉛直上方を示しており、Z軸はワークWの回転軸CWと平行な水平方向を示しており、X軸はZ軸に直交する水平方向を示している。
図1(A)、及び図2(A)、(B)に示すように、工作機械1には、主軸装置30L、30R(一対の工作物支持手段)が対向配置されており、主軸装置30LはリニアガイドGLに沿ってZ軸方向(工作物回転軸に平行な方向)に移動可能であり、主軸装置30RはリニアガイドGRに沿ってZ軸方向に移動可能である。
制御手段50(制御装置)は、主軸装置30L、30R用のZ軸方向駆動モータ30LM、30RMに駆動信号を出力し、検出手段30LE、30RE(エンコーダ等)からの検出信号を取り込み、主軸装置30L、30RのZ軸方向における位置及び移動速度等を制御可能である。例えば図2(A)及び(B)に示すように、Z軸方向駆動モータ30LM(30RM)は、ボールネジBL(BR)を回転させ、当該ボールネジBL(BR)にナット等で嵌合されたアームCL(CR)を移動させ、アームCL(CR)に接続された主軸装置30L(30R)を移動させる。
制御手段50は、砥石台10用のZ軸方向駆動モータ10Mに駆動信号を出力し、検出手段10E(エンコーダ等)からの検出信号を取り込み、砥石台10のZ軸方向における位置及び移動速度等を制御可能である。また同様に、制御手段50は、砥石テーブル20用のX軸方向駆動モータ20Mに駆動信号を出力し、検出手段20Eからの検出信号を取り込み、砥石テーブル20のX軸方向における位置及び移動速度等を制御可能であり、砥石駆動モータ21に駆動信号を出力し、砥石22の回転を制御可能である。なお、砥石駆動モータ21に検出手段を設ければ、砥石22の回転速度を制御可能である。
また、図1(A)に示す工作機械1には、主軸装置30Lに砥石22を成形するツルーイング装置60が設けられている。
なお、図1(B)に示す例では、ワーク回転軸CWと砥石回転軸CTと接触子83は同一水平面(XZ平面)上に設定されており、接触子83は、砥石22が接触するワークWの反対側(180度回転した側)の位置のネジ溝を検出する。
このため、接触子83にて検出したネジ溝位置(Z軸方向の位置)を、角度θに基づいて補正したZ軸方向の位置(例えば、角度θが180度の場合、ネジ溝のピッチ(間隔)の1/2(180/360)を加えた位置)が、砥石22と対向するネジ溝の位置となる(あるいは、ネジ溝位置を検出後、ワークWを角度θだけ回転させて検出した面を砥石22に対向させる)。
なお、「ネジ溝の位置」とは、「ネジ溝の中心の位置」を指す。
そこで、図1(C)に示すように、ワークWの端面には、ワークWの回転角度を特定可能な位置決め溝WMが形成されている(例えば、ラック部KRの面と平行な方向に位置決め溝WMが形成されている)。なお、位置決め溝WMは、少なくとも一方の端面に形成されていればよい。
なお、本実施の形態では、図2(A)及び(B)に示すように、仮受け台73、74上に載置したワークWにおけるラック部KRの側の端面を主軸装置30R側に挿入し、ラック部KRと反対側の端面を主軸装置30Lに挿入している。従って、チャック部33Lで支持するワークWの部位は、円周上のどの位置を支持しても円筒面であるので、チャック爪34Lが3つ爪のチャック部33Lを用いることが好ましい(図示省略)。また、チャック爪33Rで支持するワークWの部位は、円周上にラック部KRが有るため、これを回避して円筒部を支持できるように、チャック爪34Rが2つ爪のチャック部33Rを用いることが好ましい(図示省略)。
なお、仮受け台73、74に載置されたワークWをチャック部33L、33Rにて保持すると、ワークWは仮受け台73、74から僅かに浮き上がる。
また、位置決め溝WMが形成されていない端面が挿入されるスピンドル部32Lの穴部には、ワークWの端面が当接する当接部材35Lと、Z軸方向に移動可能で当接部材35LのZ軸方向の位置を制御する調整部材(図示省略)が設けられている。
上記の説明では、ワークWの位置決め溝WMをラック部KRの側の端面のみに形成した例を説明したが、位置決め溝WMをワークWの両端面に形成してもよい。その場合、スピンドル部32L内の当接部材35Lを嵌合部材35Rと同様の部材とすればよい。
次に図3を用いて、ネジ溝検出装置80の構成について説明する。なお、図3は構成を説明するための模式図(平面図)であり、実際のネジ溝検出装置80の外観を示すものではない。図3のネジ溝検出装置80の実際の概略側面図は、図4(B)の例に示す外観から支持補助部材81C、82Gを省略した外観であり、検出体移動手段82は実際には保持ベース81Bの下に配置されている。また、図3のネジ溝検出装置80の実際の概略斜視図は、図5(B)の例に示す外観から検出体ずれ量検出手段84Sを省略した外観である。
ネジ溝検出装置80は、少なくとも測定対象のネジ溝WNに接触させる接触子83と、接触子83がワーク回転軸CWに平行なリード方向(Z軸方向)において基準線STZから往復移動可能となるように保持されるフローティング手段と、ワーク回転軸CWに直交する径方向に接触子83を付勢する付勢手段とを備えている。なお、基準線STZについては後述する。
また、付勢手段は、保持体81Aに対して径方向(ワーク回転軸CWに直交する方向であり、この場合はX軸方向)に移動可能となるように保持された接触子83を径方向に付勢する弾性部材81BBにて構成されている。
また、接触子83の先端には、ネジ溝WNの幅に収まる径の球状部材が固定されており、ネジ溝WNに入った場合、ネジ溝WNの中心に案内される構成を有している。
リード側センサは第1リード側センサ81SR(第1リード側位置検出手段に相当)と第2リード側センサ81SL(第2リード側位置検出手段に相当)との2個で構成されている。第1リード側センサ81SRは接触子83に対してリード方向の一方の側(この場合、右側)の保持ベース81Bに固定されており、第2リード側センサ81SLは接触子83に対してリード方向の他方の側(この場合、左側)の保持ベース81Bに固定されている。
第1リード側センサ81SRは、例えば非接触式センサであり、保持体81Aまでの距離(この場合、左方向への距離)を検出可能である。
第2リード側センサ81SLは、例えば非接触式センサであり、保持体81Aまでの距離(この場合、右方向への距離)を検出可能である。
例えば、距離が大きくなるにつれて検出信号の出力が大きくなる特性の場合において、第1リード側センサ81SRから測定対象までの距離がL1、検出信号の出力がm1、第2リード側センサ81SLから測定対象までの距離がL2、検出信号の出力がm2であったとする。この場合、m1:m2=L1:L2の式が成立し、またL1+L2は所定距離であるので、これらの式を用いて、距離L1、L2を求めることができる。この場合、比を用いることで、温度ドリフト等によりm1及びm2が大きくなる方向に、または小さくなる方向にずれても誤差を相殺できるので、1個のリード側センサを用いた場合よりも、小さな誤差で接触子83のリード側の位置を検出することができる。
なお、本実施の形態では、第1リード側センサ81SRと第2リード側センサ81SLのリード方向の中間位置に基準点を設け、当該基準点を通るX軸に平行な基準線STZを設定している。制御手段50は、この基準点の位置(X座標、Y座標、Z座標)を認識しており、当該基準点を通る基準線STZから接触子83までのZ軸方向の距離を求めて、ネジ溝の位置を求める。
そして図3の例に示すネジ溝検出装置80は、更に、保持手段81をワーク回転軸CWに直交する方向に移動可能な検出体移動手段82と、制御手段(この場合、制御手段50(図1(A)参照))とを備えている。
図3に示す例では、検出体移動手段82はシリンダとピストン82Aとで構成されており、保持手段81をワーク回転軸CWから最も遠ざかる位置(図3(A)に示す位置)、または保持手段81をワーク回転軸CWに最も近接する位置(図3(B)に示す位置)のいずれかの位置に移動可能である。
制御手段50は、図3(A)に示す位置と図3(B)に示す位置における前記基準点の位置を認識しており、更に、接触子83のX軸方向の長さも認識している。従って、径側センサ81SBから接触子83の端面までの距離Lxを求めることで、接触子83の先端部におけるX軸方向の位置を認識可能であり、接触子83の先端のX軸方向の位置に基づいて、接触子83がネジ溝WNに入ったか否かを判定することが可能である。
以上の構成により、ネジ溝検出装置80をコンパクトに収めることができ、図1(A)及び(B)に示すように、工作機械1への搭載も容易である。
図3の模式図に示すネジ溝検出装置80に対して、ネジ溝WNのZ軸方向の位置を更に高精度に検出可能なネジ溝検出装置80の模式図の例を図4〜図6に示す。図3に示すネジ溝検出装置80は、保持手段81をワーク回転軸CWに最も近接する位置に移動させて接触子83をワークWに接触させた場合、ピストン82A上のいずれかの位置を支点として保持手段81がXZ平面内で回転等する可能性があり、この場合、回転角度に応じて、検出したネジ溝WNのZ軸方向の位置に誤差が発生する可能性がある。
検出体ずれ量検出手段84Sは任意の固定体に固定されており、図5の例では、検出体移動手段82に固定した支持体84に固定されている。検出体ずれ量検出手段84Sは、例えば非接触センサであり、制御手段50は、検出体ずれ量検出手段84Sからの検出信号に基づいて、検出体ずれ量検出手段84Sから保持手段81までのZ軸方向の距離を検出し、保持手段81のZ軸方向のずれ量を検出することが可能である。そして、制御手段50は、接触子83のZ軸方向の位置を求めた後、検出体ずれ量検出手段84Sから求めたリード方向のずれ量を用いて、ネジ溝WNのZ軸方向の位置を補正する。
この場合、まず接触子83をネジ溝に接触させる前に検出体ずれ量検出手段84Sからの検出信号に基づいて、検出体ずれ量検出手段84Sから保持ベース81Bまでの距離(距離B)を求めておく。そして、接触子83をネジ溝に接触させてリード方向における接触子83の位置(位置A)を求めた後、検出体ずれ量検出手段84Sからの検出信号に基づいて、検出体ずれ量検出手段84Sから保持ベース81Bまでの距離(距離B´)を求める。そして、距離Bと距離B´の差分(ずれ量)に基づいて、求めた位置Aを補正する。
これにより、ネジ溝のZ軸方向の位置の検出精度を、より向上させることができる。また、支持補助部材81C、82Gを高精度化する必要がなくなるので、ネジ溝検出装置80のコストを抑えることができる。
図6に示す例では、保持手段81がZ軸方向にずれても、ずれ量を含めて接触子83のZ軸方向の位置を検出できる。
これにより、ネジ溝のZ軸方向の位置の検出精度を、より向上させることができる。また、支持補助部材81C、82Gを高精度化する必要がなくなるので、ネジ溝検出装置80のコストを抑えることができる。
また、第1の実施の形態〜第4の実施の形態に示す処理手順の例は、制御手段50の動作を指示するプログラムに記載されている。
次に、ネジ溝WNのZ軸方向の位置を検出する第1の実施の形態の手順を説明する。
制御手段50は、図3(A)に示すように保持手段81をワーク回転軸CWから最も遠ざかる位置から検出体移動手段82に駆動信号を出力し、保持手段81をワーク回転軸CWに向けて(ワークWのネジ溝に向けて)前進させる。
そして、制御手段50は、保持手段81をワーク回転軸CWに最も近接する位置に移動させて接触子83をワークWに接触させる。ここで、制御手段50は、接触子83がネジ溝WNに入った場合において、径側センサ81SBによって検出されるべき接触子83の端面までの距離Lxを認識している。そして、制御手段50は、径側センサ81SBからの検出信号に基づいて求めた距離が距離Lx近傍の値である場合(例えば判定閾値をΔxとした場合、求めた距離が、距離Lx±Δx以内の場合)は、接触子83がネジ溝WNに入ったと判定し、距離Lx近傍の値でなく、距離Lxよりも小さい値(例えば距離Lx−Δxより小さい値)である場合、接触子83がネジ溝WNに入っていないと判定する。
制御手段50は、工作機械1上における保持手段81の基準点の位置(ワーク回転軸CWに最も近接した図3(B)の状態における基準点の位置(X座標、Y座標、Z座標))を認識している。そして制御手段50は、保持手段81の工作機械1上のZ軸方向の位置、保持手段81に対する基準線STZ(基準点)からのZ軸方向の距離(−Δz)等から、接触子83の先端が接触しているネジ溝WNの工作機械1上におけるZ軸方向の位置を求めることができる。
以上に説明した第1の実施の形態では、接触子83がネジ溝WNに接触するように保持手段81を近接させた際、接触子83がネジ溝WNに入ることを想定しているが、接触子83がネジ溝WNに入らない場合も考えられる。例えば、図10(B)に示すようなボールネジのネジ溝では、ネジ溝の幅に対してネジ溝の両肩部の幅のほうが数倍も長く、ネジ溝に入る確率よりも、ネジ溝に入らない確率のほうが高いと考えられる。
そこで、第2の実施の形態では、接触子83をネジ部Kに当接させたがネジ溝WNに入っていないと検出した場合、積極的に接触子83をネジ溝WNに入れる処理を追加している。以下、図7に示すフローチャートを用いて説明する。
ステップS20にて、制御手段50は、径側センサ81SBからの検出信号に基づいて、接触子83がネジ溝WNに入ったか否かを判定する。接触子83がネジ溝WNに入った(Yes)と判定した場合はステップS40に進み、ネジ溝WNに入っていない(No)と判定した場合はステップS30に進む。
第2の実施の形態では、このステップS20とステップS30によって、接触子83をネジ部Kに接触させたときにネジ溝WNに入らない場合であっても、接触子83を適切にネジ溝WNに入れることができる。
ステップS50では、求めた距離、または距離から求めたネジ溝WNのZ軸方向の位置を、ネジ溝WNを加工工具で研削する際のパラメータとして入力する。
なお、保持手段81と検出体移動手段82とを備えたネジ溝検出装置80が、図1に示す位置(ワーク回転軸CWを挟んで加工工具と対向する位置)にある場合、ワークWを180度回転させて、求めたネジ溝WNの位置が加工工具の側に向くようにする。
あるいは、ステップS50にてワークWを更に1回転させて(あるいは所定角度回転させて)、再度、接触子83における基準線STZからのZ軸方向の距離を求め、ステップS40で求めた距離との差分から、ネジ溝WNのピッチを求め、当該ピッチに基づいて、加工工具の側のネジ溝WNのZ軸方向の位置を補正するようにしてもよい。
そして、ステップS60では、求めたネジ溝WNのZ軸方向の位置を用いて、加工工具をネジ溝WNの位置に位置決めし、ネジ溝WNを研削加工する。
以下に説明する第3の実施の形態では、接触子がネジ溝WNに入った後、接触子83のバックラッシュ等の影響による誤差を抑制する処理が追加されている。例えば、同じ位置のネジ溝に対して、右から近づいた場合と左から近づいた場合とでは、同じ位置であるはずだが、僅かに異なる場合等がある。
第3の実施の形態では、このバックラッシュ等の誤差を低減するために、リード方向の位置の測定の前に、接触子83を、所定の方向(リード方向における一方の方向)に、所定の距離だけ移動させる。以下、図8に示すフローチャートを用いて説明する。
接触子83がネジ溝WNに入ったと判定した後、ステップS36では、制御手段50は、接触子83をネジ溝WNになじませるため、ワークWを微小回転角度で往復回転する。なお、往復回転の回転角度と往復回数は任意である。
そして、ステップS37では、制御手段50は、バックラッシュ等の誤差の発生を抑制するために、ワークWを所定方向に所定角度だけ回転させる。例えば、図3(B)において接触子83が右方向に移動する方向に、ワークWを180度回転させる。
以下、ステップS40〜ステップS60の処理は、第2の実施の形態の説明と同様であるので説明を省略する。
なお、ステップS36の往復回転は省略してもよい。
以下に説明する第4の実施の形態では、接触子83のリード方向の位置を最も小さな誤差で検出できる位置となるように、接触子83がネジ溝WNに入った後、ワークWを回転させて、リード方向の位置の誤差が最も小さな誤差となる位置に接触子83を移動させる。なお、接触子83のリード方向の位置を最も小さな誤差で検出できる位置は、リード側センサの特性に基づいて、適切な位置(所定位置)を設定すればよく、本実施の形態の説明では、基準線STZの位置を「最も小さな誤差となる位置」として説明する。
図3(A)及び(B)に示すように、本実施の形態では、接触子83をリード方向(Z軸方向)に往復移動可能となるようなフローティング機構を備え、第1リード側センサ81SRと第2リード側センサ81SLの検出信号の比でZ軸方向の位置を求めており、例えば、第1リード側センサ81SRと第2リード側センサ81SLの中間点である基準点の位置が、最も小さな誤差となる位置であるものとして所定位置に設定し、以下、図9に示すフローチャートを用いて説明する。なお、この所定位置をリード側センサ81SR、81SLの校正点としてもよい。
接触子83がネジ溝WNに入ったと判定した後、ステップS32では、制御手段50は、リード側センサ81SR、81SLからの検出信号に基づいて、その時点での接触子83における基準線STZからの仮の距離を求め、ステップS33に進む。
ステップS33では、制御手段50は、接触子83における基準線STZからの距離が、ほぼゼロとなるようにワークWを回転させて、接触子83のZ軸方向の位置を、ほぼ基準線STZの位置に戻し、ステップS36に進む。
ステップS36〜ステップS60の処理は、第3の実施の形態の説明と同様であるので説明を省略する。
なお、ステップS37では、接触子83をリード方向におけるいずれかの方向に少し移動させるため、このステップS37による移動量を考慮に入れて、ステップS33における接触子83の移動先を補正すると、より好ましい。(ステップS37で接触子83を少し移動させるが、この移動の結果、ほぼ基準線STZの位置となるようにすることが、より好ましい。)また、ステップS37にて、所定方向と逆方向に所定角度回転させた後、所定方向に所定角度回転させてもよい。
なお、特に高い精度が要求されない場合は、ステップS36とステップS37の処理を省略してもよい。
なお、本実施の形態の説明では、検出体移動手段82を用いて、接触子83をワークWに接触あるいは離間させたが、検出体移動手段82を省略して、接触子83をワークWに接触させた状態を保持するようにしてもよいし、作業者の操作で接触子83を接触または離間するように構成してもよい。
更に、測定したネジ溝WNのZ軸方向の位置に、砥石22(加工工具)を位置決めするようにZ軸方向駆動モータ10M(リード側移動手段に相当)を制御し、砥石22がネジ溝WNに入るようにX軸方向駆動モータ20M(径側移動手段に相当)を制御する。
そして、主軸装置30R、30Lを用いてワークWを回転させるとともに、測定したピッチに基づいて、Z軸方向駆動モータ10Mを用いて砥石22をリード方向に移動させて、ネジ溝WNを仕上げ研削する。
また、ネジ溝検出装置80は、ネジ溝WNの位置の測定後、砥石22を用いてネジ溝を研削する際は、元の位置(ワーク回転軸CWから(最も)遠ざかる位置)に戻し、ワークWから離間させておく。
なお、本実施の形態の説明では、ワークWに対して砥石22をX軸方向に移動させたが、砥石22に対してワークWをX軸方向に移動させる構成にすることもできる。従って、砥石22はワークWに対して相対的にX軸方向に移動するものである。
同様に、Z軸方向については、ワークWに対して砥石22をZ軸方向に移動させたが、砥石22に対してワークWをZ軸方向に移動させる構成にすることもできる。従って、砥石22はワークWに対して相対的にZ軸方向に移動するものである。
以下に説明する第5の実施の形態では、図3(A)及び(B)〜図6(A)及び(B)に示すネジ溝検出装置80において、第1リード側センサ81SRと第2リード側センサ81SLの位置をリード方向にオフセットさせている(図12(A)の例では、左側に距離Zofだけずらしている)。なお、図12(A)は、図3(A)に示すネジ溝検出装置80からの変更個所の説明に必要な部分を抜き出したものであり、検出体移動手段82等の記載を省略している。
図12(B)は、接触子83におけるリード方向の可動範囲において、ネジ溝WNのリード方向の位置を任意の位置に固定し、接触子83を用いて当該ネジ溝WNのリード方向の位置を複数回検出した場合の誤差ErK(繰り返し誤差)の大きさを実測して求めた繰り返し誤差特性を示している。この繰り返し誤差特性(いわゆるバラツキ)の結果より、可動範囲の両端近傍では弾性手段による接触子83に加えられる力が大きいために誤差が大きくなり、中立位置の近傍では弾性手段による接触子83に加えられる力が小さいために不安定となり、誤差が大きくなっていると推定される。両端近傍及び中立位置近傍を除いた範囲(図12(B)における範囲Zα1、Zα2)では、接触子83に適度な力が加えられて安定した検出結果を得られており、誤差閾値ΔErK以下に抑えることができることを確認できた。
この状態では、接触子83のリード方向の位置は、第1リード側センサ81SRと第2リード側センサ81SLの中央近傍であるので、センサ誤差特性(図12(C)参照)の誤差は充分小さい。また、繰り返し誤差特性(図12(B)参照)の誤差も充分小さいので、非常に高精度にネジ溝WNのリード方向の位置を検出することができる。
以下に説明する第6の実施の形態では、図9を用いて説明した第4の実施の形態に対して、接触子83をネジ溝WNに入れた後の検出方法が異なる。図9に示す第4の実施の形体のフローチャートのステップS32〜ステップS37の処理が、図14に示す第6の実施の形体では、ステップS38A〜ステップS38Fに変更されている。この変更点を説明する前に、まず図13(A)及び(B)を用いて、接触子83のリード方向の位置が中立位置(基準線STZの位置)から離れるにつれてネジ溝WNの中心に収まらずに誤差が発生する様子を説明する。なお図13(A)及び(B)は、説明を容易にするために、接触子83と、接触子83に押し付け力や復元力を与える弾性部材(81BR、81BL、81BB)と、ネジ溝WN等を記載しており、他の部材の記載を省略している。
この場合は中立位置であることより、弾性部材81BL、81BRから接触子83に与えるリード方向の復元力がほぼゼロであるので、弾性部材81BBの押し付け力によって接触子83はネジ溝WNの中心に収まる。
中立位置にある接触子83をワークWに押し付けてワークWを回転させると、ネジ溝WNのネジ面NMに接触子83が接し始めると接触子83はネジ溝WNに入る。しかし、そのままワークWの回転を継続すると、ネジ溝WNに入った接触子83は、ネジ溝WNに案内されてリード方向に移動していく。
例えば図13(B)(細線、点線、一点鎖線、太線)の中の細線の状態では、ネジ溝WNの中心が中立位置(基準線STZの位置)からリード方向(この場合、左方向)に距離ΔLだけずれた位置の状態を示している。
また、接触子83は、弾性部材81BBからの押し付け力Faにてワーク回転軸CWの方向に押し付けられている。
押し付け力Faを、ネジ面NMに平行な成分の力Fa1とネジ面NMに直交する成分の力Fa2に分解し、復元力Fbを、ネジ面NMに平行な成分の力Fb1とネジ面NMに直交する成分の力Fb2に分解する。また、接触子83は、ネジ面NMから力Fa2+力Fb2と同じ大きさで反対方向の抗力Fkを受ける。また接点TPにはネジ面NMに平行な摩擦力Fmが働いている。
これらより、接点TPでは、ネジ面NMに平行な力Fa1と力Fb1と摩擦力Fm、及びネジ面NMに直交する力Fa2と力Fb2と抗力Fkが釣り合い、当該位置で停止している。
この釣り合っている状態から、例えば接触子83が中立位置に近づくと復元力Fbが小さくなって力Fb1が小さくなり、力Fa1によって接触子83はワーク回転軸CWの方向に移動し、当該移動によって押し付け力Faが小さくなり、移動先で各力が釣り合って停止する。
第1の方法は、接触子83をネジ溝WNに入れた状態を維持して、接触子83が中立位置に近づくように移動させる方法である。第1の方法では、接触子83をネジ溝WNに入れた状態を維持しており、後述する第2の方法と比較して、複数回の測定において最も時間がかかる接触子83の前進回数が少ないので、測定のサイクルタイムを短くできる点と、押し付け力Faが小さいので、接触子83の耐久性が向上する点が有利である。しかし、後述する第2の方法に対して、接触子83を引きずるようにネジ溝WNで案内して移動させるので、上記のようにネジ溝WNの奥まで接触子83が到達しない場合があり、測定値が不安定になる点が不利である。
これに対して第2の方法は、押し付け力Faを大きくして、ネジ溝WNの途中で接触子83が停止しないように、より強い押し付け力でネジ溝WNの奥まで接触子83を到達させる方法である。第2の方法では、第1の方法と比較して、接触子83を安定してネジ溝83の奥に到達させることができるので測定値が安定する点で有利である。しかし、複数回の測定において接触子83の前進・後退の回数が多く、サイクルタイムが長くなる点と、強化した押し付け力にて接触子83にかかる衝撃が大きくなり、耐久性が低下する点で不利である。
以下に説明する本実施の形態では、上記の第1の方法を採用するとともに、押し付け力Faを強化することなく接触子83をネジ溝WNの奥まで到達させるようにして安定した測定値を得られるようにするものである。
制御手段50は、ステップS20にて接触子83がネジ溝WNに入ったと判定した場合(Yes)はステップS38Aに進む。このときの接触子の状態を図13(B)の細線の接触子83(0)で示す。この場合、ネジ溝WNの中心の位置が中立位置(STZ)から距離ΔLだけ離れており、接触子83(0)がネジ溝WNの奥まで到達せずにネジ面NMの途中で停止している。
ステップS38Bでは、落とし込み位置から、予め記憶している理想第1中継位置までのリード方向の距離(第1移動距離に相当)及び移動方向を求め、落とし込み位置にいる接触子83(0)を理想第1中継位置まで移動させる。ここで理想第1中継位置とは、中立位置(STZ)からリード方向の一方(この場合、左側に向かうリード方向)に第1所定距離(例えば300[μm]程度)だけ離れた位置であり、予め設定された位置である。なお、通常、リード側センサ81SR、81SLの検出信号には誤差が含まれているので、理想第1中継位置まで移動する制御を行っても、実際には理想第1中継位置と一致することは稀であり、理想第1中継位置の近傍に移動する。制御手段50は、落とし込み位置と、第1移動距離及び移動方向と、ネジ溝WNのピッチとに基づいて、接触子83(0)を理想第1中継位置まで移動させるためのワークWの回転方向及び回転角度を求めて、求めた回転方向に、求めた回転角度だけワークWを回転させる。これにより、図13(B)の細線で示すネジ面NM(0)が、点線で示すネジ面NM(1)に移動し、接触子83(0)が接触子83(1)に移動する。なお、接触子83(0)よりも接触子83(1)のほうがフローティング手段による復元力が小さいので、接触子83(1)のほうがネジ溝WNの奥のほうへ移動する。
そしてステップS38Cでは、制御手段50は、リード側センサ81SR、81SLからの検出信号に基づいて、接触子83(1)のリード方向の位置(実第1中継位置に相当)を測定し、ステップS38Dに進む。
そしてステップS38Eでは、制御手段50は、リード側センサ81SR、81SLからの検出信号に基づいて、接触子83(2)のリード方向の位置(実第2中継位置に相当)を測定し、ステップS38Fに進む。
そしてステップS40では、制御手段50は、リード側センサ81SR、81SLからの検出信号に基づいて、接触子83(T)のリード方向の位置を測定し、ステップS50に進む。
このように、落とし込み位置が中立位置に対してどのような位置であっても、必ず理想第1中継位置、理想第2中継位置を経由させて、各経由点で実際の位置を確認して次の移動先まで移動することで、リード方向の誤差を徐々に縮小させながら接触子83を中立位置の近傍まで移動させる。そして中立位置の近傍まで移動させた接触子83の状態を、安定してネジ溝WNの奥まで到達させることが可能であり、測定値を安定させて測定精度を向上させることができる。
なお、リード側センサ81SR、81SLの検出信号を常時モニタしながら接触子83を徐々に中立位置まで近づける方法も考えられるが、接触子83のリード方向の位置を常時求めながら接触子83を移動させるプログラムは非常に複雑となり、実現が困難である。これに対して本実施の形態では、予め設定した理想第n中継位置に向かって徐々に接触子83を中立位置に近づけていく方法を採用しており、シンプルなプログラムで実現が容易である。
また、最終的な移動先をあえて中立位置とせずに、実験によって確認した繰り返し性の良い位置(例えば、中立位置から理想第1中継位置の方向に100[μm]ずれた位置等)に設定してもよい。
以上の方法により、発明者はネジ溝WNの位置を±10[μm]の精度で割り出せることを確認した。
以下に説明する第7の実施の形態では、図13(B)に示すように接触子83がネジ溝WNの途中で停止してしまってネジ溝WNの中心に到達していない場合に、接触子83を強制的に微小振動させ、接触子83をネジ溝WNの奥まで到達させてネジ溝WNの中心へと移動させる方法である。
従って、上記に説明した第1〜第6の実施の形態のいずれにも組み合わせることができる。
図16(A)の模式図に示すように、本実施の形態では、圧電素子ASが、接触子83における棒状のフィンガー部83bに取り付けられている。また、圧電素子ASにおけるフィンガー部83bの反対の側には錘WAが取り付けられている。
そして、圧電素子ASは、ドライブアンプ等の駆動手段KAから例えば正弦波状の電力が供給されると、伸縮を繰り返して振動する。
また、図13(B)に示すようにネジ溝WNの途中で停止してしまった接触子83をネジ溝の底に移動させるには、接触子83をリード方向に振動させることが、より効果的であるため、圧電素子ASはリード方向に伸縮するように配置することが、より好ましい。
以上に説明した構成の圧電素子AS(振動手段)を用いて、リード側センサ81SR、81SLの検出信号を用いて接触子83のリード方向の位置を測定する直前に、圧電素子ASを用いて接触子83を一旦振動させ、振動を停止した後、リード側センサ81SR、81SLの検出信号を用いてネジ溝WNのリード方向の位置を測定することで、より誤差の少ない測定値を得ることができる。
また、より確実に接触子83をネジ溝WNの底へと移動させることができるので、測定値の安定性、繰り返し性(バラツキ)をより向上させることができる。
なお、振動手段は圧電素子に限定されるものではなく、小型で振動を発生するものであればよい。
本実施の形態の説明では、接触子83がワーク回転軸CWに直交する径方向に摺動する例で説明したが、所定の角度でワーク回転軸CWに交差する方向に摺動するように構成してもよい(接触子を付勢する方向も、ワーク回転軸CWに交差する方向に付勢してもよい)。また、保持手段81がワーク回転軸CWに直交する方向に往復移動する例を説明したが、所定の角度でワーク回転軸CWに交差する方向に往復移動するように構成してもよい。
また、本実施の形態の説明では、接触子83が水平面(XZ平面)の方向に移動するように構成した例を示したが、ワーク回転軸CWを含む面内で移動するように構成すれば、水平でなくてもよい。また、接触子83が水平でない場合、接触子83とワークWとの接点、ワーク回転軸CW上の点、砥石22とワークWとの接点、とを結んだ線のなす角度をθ(度)とすると、接触子83にて求めたネジ溝のZ軸方向の位置に、求めたネジ溝のピッチ*θ/360を加えた位置(あるいはピッチ*θ/360を減算した位置)に補正することで、砥石22と対向するネジ溝のZ軸方向の位置を求めることができる(図11参照)。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
2 基台
10 砥石台
10M Z軸方向駆動モータ(リード側移動手段)
30LM、30RM Z軸方向駆動モータ
10E、30LE、30RE 検出手段
20 砥石テーブル
20M X軸方向駆動モータ(径側移動手段)
20E 検出手段
21 砥石駆動モータ
22 砥石(加工工具)
30L、30R 主軸装置(ワーク回転手段)
60 ツルーイング装置
80 ネジ溝検出装置
81 保持手段
81A 保持体(フローティング手段)
81BR、81BL 弾性部材(フローティング手段)
81G ガイド(フローティング手段)
81SR 第1リード側センサ(第1リード側位置検出手段)
81SL 第2リード側センサ(第2リード側位置検出手段)
81SB 径側センサ(径側位置検出手段)
81B 保持ベース
81BB 弾性部材(付勢手段)
82 検出体移動手段
83 接触子
84S 検出体ずれ量検出手段
STZ 基準線
CW ワーク回転軸
W ワーク(工作物)
WN ネジ溝
K ネジ部
Claims (17)
- 所定の回転軸回りに回転可能に保持したワークの少なくとも一部の円筒面に形成されたネジ溝の位置を検出するネジ溝検出装置であって、
前記ネジ溝に接触させる接触子と、
前記ネジ溝検出装置に対して前記回転軸に平行なリード方向に往復移動可能となるように前記接触子を保持するフローティング手段と、
前記ネジ溝検出装置に対して前記回転軸に交差する方向に移動可能に保持された前記接触子を前記回転軸に交差する方向に付勢する付勢手段と、
前記接触子と自身との前記リード方向の距離を検出して前記ネジ溝検出装置に設定した基準点に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出可能なリード側位置検出手段と、
前記接触子と自身との前記回転軸に直交する径方向の距離を検出して前記ネジ溝検出装置に設定した前記基準点に対する前記接触子の前記径方向の位置を検出可能な径側位置検出手段と、を備え、
前記接触子を前記回転軸に交差するように前記ワークに押し付け、
前記径側位置検出手段を用いて前記接触子が前記ネジ溝に入ったことを検出し、
前記リード側位置検出手段を用いて前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出して、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1に記載のネジ溝検出装置であって、
前記接触子と前記フローティング手段と前記付勢手段とを備えて前記接触子を前記ワークの方向に向けて保持するとともに、前記リード側位置検出手段と前記径側位置検出手段とを備えた保持手段と、
前記保持手段を前記回転軸に交差する方向に移動可能な検出体移動手段と、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記検出体移動手段を用いて前記保持手段を前記ワークに向かって前進させ、
前記径側位置検出手段からの検出信号に基づいて、前記接触子が前記ネジ溝に入ったことを検出し、
前記リード側位置検出手段からの検出信号に基づいて、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出して、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する、
ネジ溝検出装置。 - 請求項2に記載のネジ溝検出装置であって、
更に、前記接触子を前記ワークに接触させた際の前記保持手段の前記リード方向へのずれ量を検出可能な検出体ずれ量検出手段を前記ネジ溝検出装置の任意の固定部に備え、
前記検出体ずれ量検出手段からの検出信号に基づいて、検出したネジ溝の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置を補正する、
ネジ溝検出装置。 - 請求項2に記載のネジ溝検出装置であって、
前記リード側位置検出手段を、前記保持手段に備える代わりに、前記ネジ溝検出装置の任意の固定部に備えている、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、
前記接触子を前記ワークに押し付けた後、前記径側位置検出手段からの検出信号に基づいて前記接触子がネジ溝に入っていないと検出された場合、少なくとも前記接触子が前記ネジ溝に入ったと検出されるまで、前記ワークを前記回転軸回りに回転させる、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、
前記接触子が前記ネジ溝に入ったことを検出した後、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の仮の位置を求め、
求めた仮の位置に基づいて、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置が、予め設定した所定位置とほぼ一致するように、前記ワークを前記回転軸回りに回転させ、再度、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を、前記リード側位置検出手段からの検出信号に基づいて検出し、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、
前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を前記リード側位置検出手段からの検出信号に基づいて検出する前に、前記ワークを予め設定した所定方向に所定角度だけ前記回転軸回りに回転させる、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、
前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を前記リード側位置検出手段からの検出信号に基づいて検出する前に、前記ワークを前記回転軸回りに往復回転させ、更に前記ワークを予め設定した所定方向に所定角度だけ前記回転軸回りに回転させる、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、
前記フローティング手段は、前記接触子が前記ワークまたは前記ネジ溝に接触していない場合における前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置である中立位置からのずれ量に応じて前記中立位置へと戻すための復元力を与える弾性手段であり、
前記制御手段には、前記中立位置から前記リード方向の一方に第1所定距離だけ離れた理想第1中継位置が記憶されており、
前記制御手段は、
前記接触子が前記ネジ溝に入ったと検出した後、前記リード側位置検出手段を用いて前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の現在の位置である落とし込み位置を求め、
前記落とし込み位置から前記理想第1中継位置までの前記リード方向の距離である第1移動距離及び移動方向を求め、求めた落とし込み位置と第1移動距離及び移動方向と前記ネジ溝のピッチとに基づいて前記接触子を前記理想第1中継位置に移動させるための前記ワークの回転方向及び前記ワークの回転角度を求め、求めた回転方向に求めた回転角度だけ前記ワークを回転させて、前記接触子を前記理想第1中継位置の近傍まで移動させ、
前記リード側位置検出手段を用いて前記理想第1中継位置の近傍まで移動させた前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置である実第1中継位置を求め、
前記実第1中継位置から前記中立位置までの前記リード方向の距離である第2移動距離及び移動方向を求め、求めた実第1中継位置と第2移動距離及び移動方向と前記ネジ溝のピッチとに基づいて前記接触子を前記中立位置に移動させるための前記ワークの回転方向及び前記ワークの回転角度を求め、求めた回転方向に求めた回転角度だけ前記ワークを回転させて、前記接触子を前記中立位置の近傍まで移動させ、前記リード側位置検出手段を用いて前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出する、
ネジ溝検出装置。 - 請求項9に記載のネジ溝検出装置であって、
前記制御手段には、更に、前記リード方向において前記理想第1中継位置と前記中立位置との間に1個以上の理想中継位置が記憶されており、
前記制御手段は、
前記リード側位置検出手段を用いて前記理想第1中継位置の近傍まで移動させた前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置である実第1中継位置を求めた後、
前記実第1中継位置から前記中立位置に向かって隣の理想中継位置までの前記リード方向の距離である第3移動距離及び移動方向を求め、求めた実第1中継位置と第3移動距離及び移動方向と前記ネジ溝のピッチとに基づいて前記接触子を前記隣の理想中継位置に移動させるための前記ワークの回転方向及び前記ワークの回転角度を求め、求めた回転方向に求めた回転角度だけ前記ワークを回転させて、前記接触子を前記隣の理想中継位置の近傍まで移動させ、
前記リード側位置検出手段を用いて、移動させた前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置である実中継位置を求めた後、前記実中継位置から更に前記中立位置に向かって隣の理想中継位置または隣の前記中立位置までの前記リード方向の距離である移動距離及び移動方向を求め、求めた前記実中継位置と前記移動距離及び移動方向と前記ネジ溝のピッチとに基づいて前記接触子を前記隣の理想中継位置または隣の前記中立位置まで移動させるための前記ワークの回転方向及び前記ワークの回転角度を求め、求めた回転方向に求めた回転角度だけ前記ワークを回転させて、前記接触子を前記隣の理想中継位置または隣の前記中立位置の近傍まで移動させる処理を、前記中立位置の近傍に移動させるまで繰り返した後、前記リード側位置検出手段を用いて前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出する、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、
前記フローティング手段は、前記接触子が前記ワークまたは前記ネジ溝に接触していない場合における前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置である中立位置からのずれ量に応じて前記中立位置へと戻すための復元力を与える弾性手段であり、
更に、前記接触子を振動させることが可能な振動手段を備え、
前記制御手段は、
前記ネジ溝の位置を検出する前に前記振動手段を用いて前記接触子を振動させ、前記振動を停止させた後に前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する、
ネジ溝検出装置。 - 請求項11に記載のネジ溝検出装置であって、
前記振動手段は、伸縮を繰り返して前記接触子を振動させることが可能な圧電素子であり、前記リード方向に伸縮するように配置されており、前記接触子を前記リード方向に振動させることが可能である、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、
前記リード側位置検出手段は、第1リード側位置検出手段と第2リード側位置検出手段の2つで構成されており、
前記第1リード側位置検出手段は、前記接触子に対して前記リード方向における一方の側に設けられ、前記第2リード側位置検出手段は、前記接触子に対して前記リード方向における他方の側に設けられ、前記第1リード側位置検出手段と前記第2リード側位置検出手段との間に前記接触子が配置されており、
前記第1リード側位置検出手段からの検出信号と、前記第2リード側位置検出手段からの検出信号との比に基づいて、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置を検出して、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する、
ネジ溝検出装置。 - 請求項13に記載のネジ溝検出装置であって、
前記フローティング手段は、前記リード方向に沿う押付け力または引張り力を発生させる弾性手段によって、前記ワークまたは前記ネジ溝に接触していない状態の前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置を中立位置に保持しており、前記中立位置からの前記接触子の前記リード方向の距離に応じて、前記接触子を前記中立位置に戻すための押付け力または引張り力を発生させ、
前記中立位置の前記接触子の前記ネジ溝検出装置に対する前記リード方向の位置が、前記第1リード側位置検出手段と前記第2リード側位置検出手段の中央の位置よりも第2所定距離だけずれた位置となるように、前記第1リード側位置検出手段と前記第2リード側位置検出手段とが配置されている、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置であって、
前記接触子の先端には、前記ネジ溝の幅に収まる径の球状部材が固定されている、
ネジ溝検出装置。 - 請求項1〜15のいずれか一項に記載のネジ溝検出装置と、
加工工具と、
前記ワークを前記回転軸回りに回転可能なワーク回転手段と、
前記ワークに対して前記加工工具を前記回転軸に交差する方向に相対的に移動可能な径側移動手段と、
前記ワークに対して前記加工工具を前記回転軸に平行な方向に相対的に移動可能なリード側移動手段と、を備えた工作機械であって、
前記ネジ溝検出装置を用いて、前記ワークにおける前記ネジ溝の位置を検出し、前記ワークを前記回転軸回りに回転させて回転角度に対する前記接触子の前記リード方向への移動量から前記ネジ溝のピッチを検出し、
前記径側移動手段と前記リード側移動手段を用いて、検出したネジ溝の位置に前記加工工具を位置決めし、
前記ワーク回転手段を用いて前記ワークを前記回転軸回りに回転させるとともに、検出した前記ピッチに基づいて前記リード側移動手段を用いて前記加工工具を前記回転軸に平行な方向に相対移動させて前記ネジ溝を研削する、
工作機械。 - 請求項14に記載のネジ溝検出装置を用いたネジ溝検出方法であって、
前記接触子をネジ溝に入れて前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する際、前記ネジ溝検出装置に対する前記接触子の前記リード方向の位置が前記第1リード側位置検出手段と前記第2リード側位置検出手段との中央近傍となるように、前記ワークを回転させ、あるいは前記ネジ溝検出装置を前記ワークに対して相対的に前記リード方向に移動させて、前記ネジ溝検出装置に対する前記ネジ溝の前記リード方向の位置を検出する、
ネジ溝検出方法。
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