JP7402708B2 - テーパー形状ワークの心水平出し調整方法 - Google Patents
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Description
テーパー形状ワークが傾いた状態にあるとして、異なる高さで真円度測定をして測定結果を得るとする。このとき、取得されるデータは両側が等しく延びた楕円ではなく、傾いている方向では内側に小さく、逆方向は外側に大きくなった楕円形状になる。その楕円から求まる中心位置は本来の円の中心位置とは同じではなく、ズレが生じてしまう。そのため、異なる高さで真円度測定したときに得られる複数の楕円から中心線を求めようとしてもワークの中心線を正しく求めることができず、テーパー形状ワークの心水平出しが適切にできないという問題があった。
しかし、設計上は頂部がアーチ形状だとしても、測定対象のワークの頂部のアーチが中心線に関して正確に対称(回転対称)に加工されているとは限らないはずであり、同心度/同軸度を測定したい測定対象たるワークに対して的確な心水平出しになっていない恐れがある。
裁頭円錐形状であるテーパー形状ワークを回転テーブルに設置し、前記テーパー形状ワークの心水平出しをするテーパー形状ワークの心水平出し調整方法であって、
前記回転テーブルの回転軸に平行な軸をZ軸とし、前記回転テーブルの回転軸に直交する軸をX軸とするとき、
当該テーパー形状ワークの心水平出し調整方法は、
前記テーパー形状ワークを前記回転テーブルに設置するワーク設置工程と、
0°位置、90°位置、180°位置および270°位置のそれぞれの角度位置において、プローブを前記X軸に沿った方向から前記テーパー形状ワークの表面にアプローチするとともに、前記プローブと前記テーパー形状ワークとを前記Z軸に沿って予め設定されたZ座標の始点からZ座標の終点まで相対移動させる形状データ取得工程と、
前記0°位置において前記プローブで取得された前記テーパー形状ワークの輪郭形状データを0°位置形状データとし、
前記90°位置において前記プローブで取得された前記テーパー形状ワークの輪郭形状データを90°位置形状データとし、
前記180°位置において前記プローブで取得された前記テーパー形状ワークの輪郭形状データを180°位置形状データとし、
前記270°位置において前記プローブで取得された前記テーパー形状ワークの輪郭形状データを270°位置形状データとするとき、
前記0°位置形状データと、前記90°位置形状データと、前記180°位置形状データと、前記270°位置形状データと、に基づき、前記テーパー形状ワークの心水平出し調整を行なう調整工程と、を備える
ことを特徴とする。
前記調整工程は、
前記0°位置形状データを仮想的に延長した直線である0°仮想線を求め、前記180°位置形状データを仮想的に延長した直線である180°仮想線を求め、前記0°仮想線と180°仮想線との角の二等分線を前記回転テーブルの回転軸に一致させる第1調整工程と、
前記90°位置形状データを仮想的に延長した直線である90°仮想線を求め、前記270°位置形状データを仮想的に延長した直線である270°仮想線を求め、前記90°仮想線と270°仮想線との角の二等分線を前記回転テーブルの回転軸に一致させる第2調整工程と、を備える
ことが好ましい。
前記調整工程は、
測定対象物であるテーパー形状ワークの設計データに基づいて、前記テーパー形状ワークを心水平出しした状態で前記回転テーブルに理想的にセットしたときの理想モデルを構築する理想モデル構築工程と、
前記理想モデルに対して0°位置、90°位置、180°位置および270°位置のそれぞれの角度位置の輪郭形状データとして、0°位置理想形状データ、90°位置理想形状データ、180°位置理想形状データ、270°位置理想形状データを算出し、前記0°位置理想形状データ、90°位置理想形状データ、180°位置理想形状データおよび270°位置理想形状データからなるデータを理想モデルデータとする理想モデルデータ算出工程と、
0°位置形状データ、90°位置形状データ、180°位置形状データおよび270°位置形状データからなる実測データを前記理想モデルデータに対比して、前記実測データと前記理想モデルデータとの誤差を少なくする回転量と平行移動量とを算出するフィッティング工程と、
算出された前記回転量および前記平行移動量に基づいて前記テーパー形状ワークの心水平出しをするように前記回転テーブルを駆動する調整駆動工程と、を備える
ことが好ましい。
(第1実施形態)
本発明は、テーパー形状ワークの心水平出し調整方法に関するものであるが、その前提として、まず真円度測定装置の構成を簡単に説明しておく。
図中に、マシン座標系のX軸、Y軸、Z軸を併記した。
回転駆動部221は基台210上に設置され、円板状の載物台223を回転させる。回転駆動部221の側面には調整用つまみ222が周方向に90度間隔で配置されている。調整用つまみ222を操作することにより載物台223の位置および姿勢を調整できるようになっており、これにより、載物台223のワークの心出しおよび水平出しができるようになっている。
いま、4つの調整用つまみを0°位置から90°間隔で順に、CX調整つまみ222CX、CY調整つまみ222CY、LX調整つまみ222LX、LY調整つまみ222LY、とする。
CX調整つまみ222CXは、載物台223をX軸方向に進退させる移動軸の調整つまみである。CY調整つまみ222CYは、載物台223をY軸方向に進退させる移動軸の調整つまみである。すなわち、CX調整つまみ222CXとCY調整つまみ222CYとは心出し用の移動軸調整つまみである。
Xアーム330は、X方向に進退可能にZスライダ320に支持されている。
プローブホルダ340はL字型の部材であって、プローブホルダ340の基端はXアーム330の先端に取り付けられ、プローブホルダ340の先端にはプローブ350が取り付けられている。
スタイラス360は、先端をX軸方向に変位させることができるように傾動可能に設けられている。ここでは、てこ式電気マイクロメータを用いたが、プローブ350としては平行移動式の電気マイクロメータでもよいし、その他既存のプローブを利用できる。
さて、実際のワークの形状測定の前に、その事前準備として、「心水平出し」が必要である。
以下、ワークが裁頭円錐形であるテーパー形状である場合に適用できる心水平出し調整方法を説明する。
図3、図4、図5は、本実施形態の調整方法の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って順に説明していく。
まず、形状測定の対象であるテーパー形状ワークを回転テーブル220の載物台223に載せる(ST100)。テーパー形状ワークを回転テーブル220の載物台223に載置するにあたっては、できる限り、載物台223の中央にテーパー形状ワークを置き、さらに、載物台223の回転中心とテーパー形状ワークの底面の中心とが一致するようにする。オペレータが目算で4つの調整用つまみ222を手動操作して、できるだけ、回転テーブル220の回転軸Arとテーパー形状ワークの中心軸線Acとが一致するように調整してもよい。
テーパー形状ワークは、例えば工業製品の部品であって、所定の設計データ(例えばCADデータ)に基づいて工作機械で加工されたものである。テーパー形状ワークは、設計データ通りに正確に作られていれば、上面と底面とは互いに平行であり、テーパーである側面を異なる高さで真円度測定すれば、個々の円は真円であり、かつ、それらは互いに同心円となっているはずである。
ただし、加工誤差がある。
加工誤差があるので、上面と底面とが完全に平行であるとも限らないし、中心軸線Acと底面とが直交しているとも限らないし、中心軸線Acと上面とが直交しているとも限らない。
加工誤差が公差内におさまっているかを真円度測定装置で検査するわけである。
テーパー形状ワークが実際の製品のなかでどのような役割を果たすかにもよるが、本実施形態としては、テーパーである側面を異なる高さで真円度測定したときの同心度/同軸度が公差内に入っているかを検査したいとする。
上面や底面が中心軸線Acとなす角については重視しないとする。
形状データ取得工程(ST200)は、図4のフローチャートに示されるように、4つの工程からなる。
すなわち、0°位置形状データ取得工程(ST210)と、90°位置形状データ取得工程(ST220)と、180°位置形状データ取得工程(ST230)と、270°位置形状データ取得工程(ST240)と、からなる。
図6は、0°位置形状データ取得工程(ST210)を実行している様子を例示した図である。
0°位置形状データD0とは、回転テーブル220の0°位置において、プローブ350をテーパー形状ワークの側面に接触させながらプローブ350をZ方向に直動させたときに取得されるテーパー形状ワーク側面の輪郭形状データのことである。
まず、回転テーブル220の角度位置を0°にセットする。さらに、Zスライダ320の高さを予め設定されたZ座標の始点にセットする。そして、Xアーム330を前進させて、プローブ350の測定子361をテーパー形状ワークの側面に接触させる。続いて、測定子361とテーパー形状ワークの側面との接触を保つようにXアーム330を進退させながら、Zスライダ320を上昇させていく。Zスライダ320の高さが予め設定されたZ座標の終点にきたところで、0°位置形状データ取得工程(ST210)が終了である。この0°位置形状データ取得工程(ST210)において、Zスライダ320の位置とXアーム330の位置とにより、回転テーブル220の0°位置におけるテーパー形状ワーク側面の輪郭形状データが取得される。
ここでは、水平方向のずれは考えないことにする。この場合、得られる4つの形状データD0-D270は図8のようになるはずである。すなわち、90°位置形状データD90と270°位置形状データD270とはほぼ一致する。
図5は、調整工程(ST300)の手順を示す図である。
まず、0°位置形状データD0と180°位置形状データD180とを用いて、第1の調整工程を行なう(ST340)。第1の調整工程(ST340)により、載物台のX軸方向の位置(CX)と傾斜(LX)が調整される。
まず、ST310において、0°位置形状データD0を仮想的に延長した直線である0°仮想線V0を求める。0°位置形状データD0は点列であるので、0°位置形状データD0を近似する直線(回帰直線)を求めて、それを延長すればよい。
続いて、ST320において、180°位置形状データD180を仮想的に延長した直線である180°仮想線V180を求める。そして、0°仮想線V0と180°仮想線V180とがなす角の二等分線Bxzを求める。
0°位置形状データD0と180°位置形状データD180とはXZ面内のデータであるから、0°仮想線V0と180°仮想線V180とがなす角の二等分線BxzもXZ面内になる。そして、第1調整工程(ST340)としては、角の二等分線Bxzが回転テーブル220の回転軸Arに重なるように、載物台の傾斜および位置を調整する。ここでは、載物台のX軸方向の傾斜調整(LX)とともにX軸方向の変位調整(CX)を実行する。
第2の調整工程(ST380)により、載物台のY軸方向の位置(CY)と傾斜(LY)が調整される。
90°位置形状データD90を仮想的に延長した直線である90°仮想線V90を求め(ST350)、270°位置形状データD270を仮想的に延長した直線である270°仮想線V270を求める(ST360)。そして、ST370において、90°仮想線V90と270°仮想線V270とがなす角の二等分線Byzを求める。
90°位置形状データD90と270°位置形状データD270とはYZ面内のデータであるから、90°仮想線V90と270°仮想線V270とがなす角の二等分線ByzもYZ面内になる。そして、第2調整工程(ST380)としては、角の二等分線Byzが回転テーブル220の回転軸Arに重なるように、載物台の傾斜および位置を調整する。ここでは、載物台のY軸方向の傾斜調整(LY)とともにY軸方向の変位調整(CY)を実行する。
本発明の第2実施形態を説明する。
第2実施形態では、テーパー形状ワークを理想的に回転テーブル220に心水平出しした理想モデルの点群データ(ポイントクラウド)と、テーパー形状ワークを実測した実測データの点群データ(ポイントクラウド)と、を対比して、フィッティングによって調整を行なう。第2実施形態においてもワーク設置工程ST100と形状データ取得工程(ST200)とは第1実施形態と同じであり、第2実施形態では調整工程に違いがある。
調整工程(ST400)は、理想モデル構築工程(ST410)と、理想モデルデータ算出工程(ST420)と、フィッティング工程(ST430)と、調整駆動工程(ST440)と、を有する。理想モデル構築工程(ST410)では、測定対象物であるテーパー形状ワークの設計データをもとにして、回転テーブル220上にテーパー形状ワークを心水平出しされた状態でセットしたモデルを構築する。
0°位置理想形状データID0、90°位置理想形状データID90、180°位置理想形状データID180および270°位置理想形状データID270からなるデータを理想モデルデータとする。
Claims (5)
- 裁頭円錐形状であるテーパー形状ワークを回転テーブルに設置し、前記テーパー形状ワークの心水平出しをするテーパー形状ワークの心水平出し調整方法であって、
前記回転テーブルの回転軸に平行な軸をZ軸とし、前記回転テーブルの回転軸に直交する軸をX軸とするとき、
当該テーパー形状ワークの心水平出し調整方法は、
前記テーパー形状ワークを前記回転テーブルに設置するワーク設置工程と、
前記テーパー形状ワークを前記回転テーブルに載せたままの状態で前記回転テーブルを回転させて、0°位置、90°位置、180°位置および270°位置のそれぞれの角度位置において、プローブを前記X軸に沿った方向から前記テーパー形状ワークの表面にアプローチするとともに、前記プローブと前記テーパー形状ワークとを前記Z軸に沿って予め設定されたZ座標の始点からZ座標の終点まで相対移動させる形状データ取得工程と、
前記0°位置、前記90°位置、前記180°位置、前記270°位置のそれぞれの角度位置において前記プローブで取得された前記テーパー形状ワークの輪郭形状データを、それぞれ、0°位置形状データ、90°位置形状データ、180°位置形状データおよび270°位置形状データとし、
前記0°位置形状データと、前記90°位置形状データと、前記180°位置形状データと、前記270°位置形状データと、に基づき、前記テーパー形状ワークの心水平出し調整を行なう調整工程と、を備える
ことを特徴とするテーパー形状ワークの心水平出し調整方法。 - 請求項1に記載のテーパー形状ワークの心水平出し調整方法において、
前記調整工程は、
前記0°位置形状データを仮想的に延長した直線である0°仮想線を求め、前記180°位置形状データを仮想的に延長した直線である180°仮想線を求め、前記0°仮想線と180°仮想線との角の二等分線を前記回転テーブルの回転軸に一致させる第1調整工程と、
前記90°位置形状データを仮想的に延長した直線である90°仮想線を求め、前記270°位置形状データを仮想的に延長した直線である270°仮想線を求め、前記90°仮想線と270°仮想線との角の二等分線を前記回転テーブルの回転軸に一致させる第2調整工程と、を備える
ことを特徴とするテーパー形状ワークの心水平出し調整方法。 - 請求項1に記載のテーパー形状ワークの心水平出し調整方法において、
前記調整工程は、
測定対象物であるテーパー形状ワークの設計データに基づいて、前記テーパー形状ワークを心水平出しした状態で前記回転テーブルに理想的にセットしたときの理想モデルを構築する理想モデル構築工程と、
前記理想モデルに対して0°位置、90°位置、180°位置および270°位置のそれぞれの角度位置の輪郭形状データとして、0°位置理想形状データ、90°位置理想形状データ、180°位置理想形状データ、270°位置理想形状データを算出し、前記0°位置理想形状データ、90°位置理想形状データ、180°位置理想形状データおよび270°位置理想形状データからなるデータを理想モデルデータとする理想モデルデータ算出工程と、
0°位置形状データ、90°位置形状データ、180°位置形状データおよび270°位置形状データからなる実測データを前記理想モデルデータに対比して、前記実測データと前記理想モデルデータとの誤差を少なくする回転量と平行移動量とを算出するフィッティング工程と、
算出された前記回転量および前記平行移動量に基づいて前記テーパー形状ワークの心水平出しをするように前記回転テーブルを駆動する調整駆動工程と、を備える
ことを特徴とするテーパー形状ワークの心水平出し調整方法。 - 回転軸を回転中心として回転する回転テーブルと、
前記回転テーブルの回転軸に平行な軸をZ軸とし、前記回転テーブルの回転軸に直交する軸をX軸とするとき、プローブを前記X軸に平行な方向と前記Z軸に平行な方向に移動させる座標測定部と、
前記回転テーブルおよび前記座標測定部の動作を制御するホストコンピュータ部と、を備えた真円度測定装置において、
前記回転テーブルに設置されたテーパー形状ワークに対し、
前記ホストコンピュータ部による前記回転テーブルおよび前記座標測定部の動作制御により、
前記テーパー形状ワークを前記回転テーブルに載せたままの状態で前記回転テーブルを回転させて、0°位置、90°位置、180°位置および270°位置のそれぞれの角度位置において、前記プローブを前記X軸に沿った方向から前記テーパー形状ワークの表面にアプローチするとともに、前記プローブと前記テーパー形状ワークとを前記Z軸に沿って予め設定されたZ座標の始点からZ座標の終点まで相対移動させる形状データ取得工程と、
前記0°位置、前記90°位置、前記180°位置、前記270°位置のそれぞれの角度位置において前記プローブで取得された前記テーパー形状ワークの輪郭形状データを、それぞれ、0°位置形状データ、90°位置形状データ、180°位置形状データおよび270°位置形状データとし、
前記0°位置形状データと、前記90°位置形状データと、前記180°位置形状データと、前記270°位置形状データと、に基づき、前記テーパー形状ワークの心水平出し調整を行なう調整工程と、を実行して、テーパー形状ワークの心水平出し調整を行う
ことを特徴とする真円度測定装置。 - 回転軸を回転中心として回転する回転テーブルと、
前記回転テーブルの回転軸に平行な軸をZ軸とし、前記回転テーブルの回転軸に直交する軸をX軸とするとき、プローブを前記X軸に平行な方向と前記Z軸に平行な方向に移動させる座標測定部と、
前記回転テーブルおよび前記座標測定部の動作を制御するホストコンピュータ部と、を備えた真円度測定装置の前記ホストコンピュータ部に、
テーパー形状ワークが前記回転テーブルに設置されたままの状態で前記回転テーブルを回転させて、0°位置、90°位置、180°位置および270°位置のそれぞれの角度位置において、前記プローブを前記X軸に沿った方向から前記テーパー形状ワークの表面にアプローチするとともに、前記プローブと前記テーパー形状ワークとを前記Z軸に沿って予め設定されたZ座標の始点からZ座標の終点まで相対移動させる形状データ取得工程と、
前記0°位置、前記90°位置、前記180°位置、前記270°位置のそれぞれの角度位置において前記プローブで取得された前記テーパー形状ワークの輪郭形状データを、それぞれ、0°位置形状データ、90°位置形状データ、180°位置形状データおよび270°位置形状データとし、
前記0°位置形状データと、前記90°位置形状データと、前記180°位置形状データと、前記270°位置形状データと、に基づき、前記テーパー形状ワークの心水平出し調整を行なう調整工程と、を実行させて、テーパー形状ワークの心水平出し調整を行う
ことを特徴とするテーパー形状ワーク用の心水平出し調整プログラム。
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