JPH05272903A - 工作機械での測定方法およびそれに用いるアーティファクト - Google Patents
工作機械での測定方法およびそれに用いるアーティファクトInfo
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Abstract
ーティファクトとの間の温度差により生ずる測定誤差を
低減またはなくすことにより優れた測定方法を提供す
る。 【構成】 コア4を軸線2Aのまわりにて割出し可能に
工作機械に取付けて、工作機械のスピンドル6内に保持
した工具で操作できる位置にカセット10をもたらすよ
うにする。カセット10は加工用のワークピース14,
14Aを保持している。加工後にワークピースを工作機
械のスピンドル6内に保持したプローブ20で測定す
る。次いで別のカセットに保持した較正済みのアーティ
ファクト26をワークピース14Aが以前占めていた同
じ位置に割出して、アーティファクトを比較測定する。
Description
関するものである。本発明はその種の測定に使用するア
ーティファクト(artefact)にも関するもので
ある。
び読取ヘッドの如き位置変換器を具えている。これらは
任意の時間における工作機械のバイトのX,Y,Z座標
位置を示す。工作機械でワークピースを製作する際に、
通常バイトの個所にプローブを用いて工作機械そのもの
でワークピースを測定することは周知の検査技法であ
る。プローブは例えば米国特許第4,153,998号
に記載されているようなタッチ・トリガ・プローブとす
ることができる。そのような検査技法は工作機械のスケ
ールまたは他の座標位置変換器を利用する。従って、こ
の検査技法は例えばバイトの摩耗のためにワークピース
が公差から外れているか、どうかを検査するのには有効
であるが、工作機械の位置変換器の不正確さによって生
ずるワークピースの不正確さ(誤差)を検出することは
できない。
不正確さの原因の1つに熱の影響がある。工作機械の通
常の作業中には、例えば機械のモータ駆動部の正常運転
による熱や、加工作業によりねじを伝わってくる熱等の
如き多数のランダムな熱が生ずる。従って、工作機械の
種々の構造部品から発生するある期間にわたる一般的な
ドリフト形態の熱および所定のワークピースに対する所
定の加工サイクルの過程で変化する形態の熱はいずれも
回避できない。後者のタイプの熱変化は機械加工サイク
ル中の様々な時間に冷却剤を浴びせる必要性によっても
影響を受ける。ワークピースそのものの熱膨張および収
縮も重要な影響を及ぼすことになる。
ピースを製作すると云うよりも、むしろワークピースを
検査するための機械である)に予め較正したアーティフ
ァクトを設けることは既知である。その種のアーティフ
ァクトは追跡可能な標準規格に従って正確に製造し、か
つ較正した特定のワークピースに関連する公称形状およ
び寸法のレプリカとすることができる。アーティファク
トは追跡可能な標準規格に従って正確にわかっている寸
法(例えばアーティファクトの穴またはアーティファク
トの対向する辺間の長さ寸法)の標準試験特徴部を有し
ている万能アーティファクトとすることができる。その
種のアーティファクトを時々工作機械に載せて、工作機
械によりそのアーティファクトをテスト測定する。この
テスト測定値と既知の追跡可能な寸法との比較結果は、
ある期間にわたる熱ドリフトにより生じた工作機械の測
定能力の不正確性を示すことになり、工作機械により行
われる将来の測定をそれに応じて調整して、この不正確
性による誤差を補正することができる。
うな従来の方法は、工作機械に生じ得る熱的に誘起され
るあらゆる誤差を適切に補正するものではない。
遥かに優れている工作機械での測定方法を提供すること
にある。
相対的に移動自在の2部分を具えている工作機械で測定
する方法であって:前記2部分の一方の第1部分に既知
の寸法を有するアーティファクトを設ける工程と;前記
2部分の他方に前記アーティファクトの表面を検知する
プローブを設ける工程と;前記プローブを用いて前記ア
ーティファクトの前記既知の寸法を測定して測定値を得
る工程と;前記測定値を前記既知の寸法か、ワークピー
スの測定寸法のいずれかと比較する工程;とを含む工作
機械での測定方法において、測定しない時のアーティフ
ァクトを工作機械の上に位置させて、工作機械でワーク
ピースが体験するのと同じような温度変化をアーティフ
ァクトが体験するようにすることを特徴とする工作機械
での測定方法にある。
ィファクトとの間の温度差により生ずる測定誤差を低減
またはなくすことができる。
の2部分と、これら2部分間の変位を測定する手段を具
えている工作機械でのワークピース測定方法が:工作機
械の前記2部分の内の一方の第1部分の上の所定位置に
ワークピースを位置させる工程と;この位置におけるワ
ークピースを工作機械の測定手段と前記2部分の内の他
方の部分に取付けたプローブを用いて測定してワークピ
ースの測定値を得る工程と;前記ワークピースの位置と
ほぼ同じ位置の前記第1部分の上に既知の寸法を有して
いるアーティファクトを位置させる工程と;この位置に
おけるアーティファクトの既知の寸法を工作機械の測定
手段と前記2部分の内の他方の部分に取付けたプローブ
を用いて測定してアーティファクトの測定値を得る工程
と;ワークピースの測定値をアーティファクトの測定値
と比較するか、ワークピースの測定値をアーティファク
トの測定値から導出した値で補償する工程;とを具えて
いることを特徴とする工作機械でのワークピース測定方
法にある。
ィファクトとの双方を測定するのに測定手段の測定範囲
の同じ小部分を用いるだけであるので、工作機械の構造
部品の熱変化により生じる誤差が低減すると云う利点が
ある。測定手段は、熱の影響があるために、ある任意の
原点と、ワークピースおよびアーティファクトの位置と
の間の距離が不正確となることもあるが、それでもその
位置に近い狭い領域内にて繰返し測定することができ
る。
以前の既知の方法では、一旦テスト測定をしたら、アー
ティファクトを工作機械から取外している。従って、こ
の場合のアーティファクトは、本発明の第1特徴のよう
に、製作しようとするワークピースと同じ環境に置かれ
ていない。従って、従来の方法では、アーティファクト
での測定を工作機械の測定手段の測定範囲内のほぼ同じ
位置でワークピースと同じように測定することはできな
い。従って、スケールの様々な個所に種々の誤差がある
場合、このような誤差を本発明の第2の特徴によるよう
に徹底的に補償することはできない。
用アーティファクトが:測定すべき1個以上の特徴部を
有している測定部分と;工作機械に取付けるべく適合さ
せた取付部と;前記測定部を前記取付部のひずみから少
なくとも部分的に分離させるための、測定部と取付部と
の間の隔離手段;とを具えていることを特徴とするアー
ティファクトにある。
用アーティファクトが:工作機械に取付けるべく適合さ
せた取付部と;この取付部に互いに離間させて設けた複
数のアーティファクトユニット;とを具え、これらの各
アーティファクトユニットが測定すべき1個以上の特徴
部を有する測定部分を具えていることを特徴とするアー
ティファクトにある。
ティファクトは加工すべきワークピースの公称寸法およ
び形状と同一か、または同様なものとするか、あるいは
寸法が既知の標準の特徴部を有する万能アーティファク
トとすることができる。
例から明らかになり、実施例の種々の特徴はそれぞれ新
規なものであり、これらは前述した本発明の特徴とは無
関係に用いることができる。
に説明する。
てある工作機械の構成部品により三次元方向X,Y,Z
に移動可能なスピンドル6とを有している工作機械にお
ける本発明に関連する部分を示している。瞬時のX,
Y,Z座標位置はスケール5と読取ヘッド7(このうち
の1つは図示せず)との形態の位置変換器によって読取
られる。スピンドル6は通常バイト、例えばフライス工
具を垂直に保持するように設計され、このスピンドルは
垂直軸線のまわりを回転可能である。コア4を工作機械
のベッド2上のチャック8と心押し台9との間に取付け
る。チャック8は、コア4を軸線2Aのまわりにて様々
な角度方位に割出すために駆動モータ(図示せず)によ
り回転可能である。工作機械に隣接して設ける回転コン
ベア15は、ワークピースや、バイトや、後に説明する
アーティファクトを保持するカセット10を載せるコン
ベアベルト17を具えている。移送機構12はカセット
10を個々に回転コンベア15からコア4上の破線10
Aで示す位置に移して、カセットが保持しているものを
スピンドル6内に保持した工具で操作できるようにす
る。これまで述べたシステムについては、本願人の同時
係属出願に係る英国特許出願第9113115.1号
(本出願が優先権を主張している)にもっと詳細に説明
されている。
0°の角度方位で支承しているコア4の断面を示してい
る。コア4は、これらのカセット10のいずれかに保持
されているワークピース14を最上位の垂直位置にもた
らして、その位置にてスピンドル6内に保持した工具に
よってそのワークピースを操作できるように軸線2Aの
まわりに割出すことができる。図2に示した例における
最上位のワークピース14Aは、スピンドル6内に保持
したフライス工具により加工済みであり、このワークピ
ースはスピンドル6内に保持したプローブ20、例えば
タッチ・トリガ・プローブにより目下検査される状態に
ある。プローブ20のスタイラス22は調べようとする
ワークピース14Aのあらゆる特徴部分に接触し、この
各接触位置でベッド2に対するスピンドル6の瞬時X,
Y,Z座標を示す読取値がスケール5および読取ヘッド
7から得られる。例えば、破線24で示すように、スタ
イラス22をワークピース14Aの穴の対向側に接触さ
せ、これにて得られた各座標値を差引くことにより穴の
直径を測定することができる。
ース14Aをプローブ20で検査した直後にコア4をそ
の軸2Aのまわりにて回転させて割出して、アーティフ
ァクト26をワークピース14Aが以前に占めていた位
置にもたらす。このアーティファクト26は以前に製造
済みのものであり、しかも追跡可能な標準規格(例えば
国定の標準規格局の適当な標準規格)に対して較正済み
であるため、その寸法は正確にわかっている。ワークピ
ース14Aの個所にアーティファクト26をもたらし
て、プローブ20を用いて同じ測定サイクルを繰返す。
この例のアーティファクト26はワークピース14Aの
公称寸法および形状に係わる正確なレプリカである。ア
ーティファクト26でワークピース14Aに対して行っ
たと同じ測定を全て行って、それにて得られた結果を、
例えば工作機械のコンピュータ数値制御系で互いに直接
比較することにより差を求めて、ワークピース14Aが
公差内か、公差から外れているかを決定することができ
る。公差から外れている場合には、そのワークピースを
除去するか、または制御系によってさらに加工するよう
な修正手段を講じることができる。名目上、同一の一連
のワークピースを機械加工する場合には、不正確性(誤
差)がワークピースを廃棄しなければならない程に大き
くなる前に、制御系によってこれらの誤差を検出できる
ようにし、この情報を用いて順次ワークピースの加工を
修正することもできる。
である。先ず、アーティファクト26はワークピース1
4Aを加工する時の加工サイクルを通してコア4上のカ
セット10に取付けたままとする。このために、アーテ
ィファクトはできるだけワークピース14Aと同じ温度
環境に置くようにする。実際上(通常行われるように)
ワークピース14Aに加工サイクル中冷却剤を浴びせる
場合で、このような冷却剤の浴びせが同時にアーティフ
ァクト26に悪影響を及ぼさない場合には、アーティフ
ァクト26を真直ぐな位置に割出した後に、このアーテ
ィファクト26を測定するサイクルに特殊な冷却剤を浴
びせる工程を含めることができる。アーティファクトは
ワークピースと同じ環境に置かれるため、これらはほぼ
同じ温度となり、同じように熱膨張する。このためにワ
ークピース14Aはそのような手段を講じない場合より
もアーティファクトとより一層正確に比較することがで
きる。
ての測定は、ワークピース14Aでの対応する測定と同
じ場所の点にできるだけ近い所で行う。従って、各点は
スケール5の測定範囲内のほぼ同じ位置にて測定され、
アーティファクト26の正確な寸法と製作したワークピ
ース14Aとを比べると、ワークピースの寸法差だけと
なる。このことは、スケールの精度が工作機械の部品の
熱ひずみによって極めて損われがちではあるも、それで
もワークピース14A上のある点とアーティファクト2
6上の対応する点とを比較する際の部品の熱ひずみの反
復性をかなり良好にすることができることに関連してい
る。換言するに、スケールから得られる読取値は厳密に
云えば不正確ではあるが、熱ひずみの反復性によってワ
ークピース14Aをアーティファクト26に対してかな
り正確に比較することができる。ワークピースを特定す
る場合の点の位置と、アーティファクトを測定する場合
の点の位置との間のごく僅かな距離にわたるスケールの
不正確さだけが気になるが、実際上、ワークピースがア
ーティファクトに正確に対応すれば、この距離はゼロと
なり、比較結果に誤差が生じなくなる。
示すようにカセット10上に載せて、各ワークピースを
順次加工できるようにする。この場合、ワークピースに
対応する数のアーティファクト26を別のカセットに載
せて、アーティファクトを測定位置に割出した場合に、
これらのアーティファクトの1つが、各ワークピースが
以前に占めた場所にできるだけ近い同じ位置を占めるよ
うにするのが好適である。次いで、所定のワークピース
での測定値を同じ場所での対応するアーティファクトで
の測定値と比較する。
よびカセット10を使用するものに限定されるものでは
ない。アーティファクト26を工作機械の熱環境内に装
着して、それをワークピースが通常占める位置に変位さ
せる他の任意の方法を用いることができる。例えば、他
の任意の割出し可能な多数ワークピースホルダを用いる
ことができる。水平のスピンドルを有する工作機械では
コア4の代りにツームストーン(tombstone)
のようなものを用い、これを垂直軸線のまわりに回転さ
せて割出せるように取付けることができる。これは(例
えば)4つの面を有するものとし、その各面が1個以上
のワークピースまたはアーティファクトを保持でき、し
かも各面をスピンドルに対向する位置に割出せるように
する。加工および比較測定は上述した方法と同じように
して行う。
ない場合には、アーティファクト26を工作機械のベッ
ド2上のどこかに置き、ワークピース14を加工し、か
つ検査することもできる。この場合には、工作機械のス
ピンドル6に取付けたマニピュレータ(図示せず)によ
り新規の加工済みのワークピースをピックアップして、
それを別の所へ移し、ベッド2上の上記位置からアーテ
ィファクトをピックアップして、それをワークピースを
丁度取外した位置に置く。次いで、アーティファクトで
の測定サイクルを上述した方法と同じ方法で始める。ア
ーティファクトは工作機械のベッド2上の枢動アームに
位置付けることもできる。この枢動アームは(ワークピ
ースを取外した)測定位置にアーティファクトを揺動に
てもたらすことができ、またワークピースそのものの加
工および測定サイクル中は別の所に揺動されることがで
きる。それでもアームはアーティファクトをワークピー
スと同じ熱環境内に保つようにする。
検査との間の時間遅れは最小とするのが望ましい。この
ようにすれば、2つの測定値に目立った熱変化が起らな
くなる。同様な理由からして、アーティファクトは検査
する各ワークピース毎に測定し直すのが望ましく、これ
はアーティファクトを1度だけ、またはたまにしか測定
しないようなアーティファクト比較方法とは対照的であ
る。通常、アーティファクトはワークピースを検査する
前に検査することができるが、アーティファクトはワー
クピースを検査した後に検査する。
を示す断面図であり、このアーティファクトの特徴部を
実線にて示してある。この図に重ねて破線30にて示す
位置は検査すべきワークピース14の表面位置である。
図面で線が重なっている所は、プローブ20でアドレス
指定することのできる工作機械の作動位置にワークピー
スおよびアーティファクトを割出した場合に、これらが
互いに一致する個所を示している。図から明らかなよう
に、加工誤差があるため、破線30はアーティファクト
の輪郭と正確には一致しない。そこで、例えばワークピ
ースが公差から外れていると思える程に加工誤差が大き
いか、どうかをその大きさを求める必要がある。
2はワークピースに必要な公称寸法に機械加工されてお
り、しかも追跡可能な標準規格に較正してある。さら
に、アーティファクトは領域32と比べた場合に高くな
っている領域34と低い領域36も有している。従っ
て、これらの領域はアーティファクトの表面に段部を形
成している。これら段部の高さは実際には低い、図3で
は説明の便宜上拡大してある。段部の高さも正確にわか
っており、また予め較正してある。段部は公称寸法と正
および負方向にて比べる場合に、ワークピースに対する
許容公差の限界値にほぼ対応する。
る。測定すべきワークピース28上の各点に対して、プ
ローブ20を用い、かつアーティファクトを名目上ワー
クピースと同じ位置に据えて、アーティファクトにおけ
る対応する3つの領域32,34,36を測定する。領
域32に対して得られた読取値を以前ワークピースに対
して得られた読取値と比較する。しかし、加工誤差があ
るために、ワークピースでの座標読取値がアーティファ
クトでのそれと同じとなることがあまりないことは勿論
である。前述したように、工作機械の構成部品の熱ひず
みによって生ずる工作機械のスケールの誤差もそのよう
な測定状況に多少影響を及ぼす。これをなくすために、
高段部領域34と低段部領域36で測定される読取値を
用いる。これら2つの段部領域間の段部の高さは、アー
ティファクトを予め較正してあるため正確にわかってい
る。工作機械のスケールを用いて測定される段部の高さ
は、これら2つの領域で測定した座標読取値から計算さ
れる。その結果が完全に正確であることはまれである
が、正確な値と不正確な値を用いて、これら両者間のス
ケーリングファクタを計算すべく工作機械のコンピュー
タ数値制御をプログラムしておく。このようにすれば、
工作機械のスケールによって示されるような領域32の
座標読取値を補正することができる。個々のスケーリン
グファクタは、実際上関連する測定に用いられる工作機
械のスケールの極めて狭い範囲で求められるため、この
方法によればスケールにその測定範囲の種々の部分での
様々な熱誤差があっても、スケールの熱による誤差を正
確に補償することができる。これと同じ処置を測定すべ
きワークピースの他の各点で繰返し、このように補償し
たワークピースについての測定値を各点に対するアーテ
ィファクトの測定値と比較する。
するワークピースと同じ材料で造る。材質が柔らかい場
合には、アーティファクトに硬化被膜を被着し、例えば
アルミニウムワークピースの場合には、陽極酸化処理を
施して、それにもっと耐久性をもたせることができる。
アーティファクトをワークピースと同じ熱膨張係数を有
する別の材料で造ることもできる。あるいはまた、アー
ティファクトを熱膨張係数が異なる材料で造ることもで
きるが、この場合にはアーティファクトとワークピース
の双方の材料の膨張係数を知り、測定時に適当な温度プ
ローブにより温度を計る必要がある。このデータをコン
ピュータ数値制御に供給して、アーティファクトとワー
クピースの測定寸法に適切な補正係数をかけることがで
きる。
よび形状を有するアーティファクトを用いる代りに、多
数の異なるワークピースに使用できる万能アーティファ
クトを用いることができる。その一例を図4に38で示
す。これは辺が傾斜してなく、段になっている円錐状を
している。各段の水平および垂直方向共に追跡可能な標
準規格に従って予め正確に較正してある。アーティファ
クト38の容積は検査すべきワークピースの包絡面30
をほぼ包含する。前述した例と同様に、アーティファク
トはワークピースを加工し、かつ検査する際のワークピ
ースと同じ熱環境内に保持し、かつワークピースを測定
する際にそのワークピースが占めていた同じ位置にアー
ティファクトを割出すか、または移送する。アーティフ
ァクトはどの点もワークピースと正確に一致していない
が、工作機械のスケールに熱で誘起される誤差は、図3
につき前述したのと同じ方法で補償することができる。
例えば、ワークピースの包絡面30における点42の水
平方向の座標を測定する場合には、アーティファクト3
8における点44および45を測定して、点42の個所
における(水平方向の)ステップ高40を求めるように
する。工作機械のスケールを用いて測定されるこのステ
ップ高40を予め較正してある既知の値と比較すれば、
ワークピース上の点42の個所にてスケールに誘起され
る局所的な熱誤差に対するスケーリングファクタが求ま
り、ワークピースにおける上記点の測定値は工作機械の
コンピュータ制御によりそれ相当に補償することができ
る。同様な補償は測定すべきワークピース上の他の全て
の点について行われる。
に、ワークピースの包絡面30の例えば点42と46と
の間の直径を測定したい場合には次のような処置をする
ことができる。先ず、ワークピース上の点42と46を
通常通りにプローブし、これにて測定した点46の座標
値から点42の座標値を差引いてワークピースの直径を
計算する。次いで、アーティファクトの測定サイクル中
に点42,46とほぼ同じ付近の点44,47をプロー
ブし、アーティファクト38の点44と47との間の直
径を同じように計算して測定する。この測定値をアーテ
ィファクトのこの直径についてわかっている較正済みの
値と比較して補償係数を得る。最後にこの補償係数を以
前に測定したワークピースの点42と46との間の直径
の値に加味して、より一層正確な値を得る。点42と4
6との間の測定に用いられるのと同じような工作機械の
スケールの位置決め範囲をカバーするアーティファクト
上の点44,47を選択することにより、熱による不正
確さがスケールの一部から他方にまで変化しても、上記
範囲内におけるスケールの熱による誤差を正確に補償す
ることができる。
ファクト48を示し、これも較正済みのものであり、ア
ーティファクト38と極めて似た方法で用いられる。平
面図で見たアーティファクト48はアーム49を有して
いる十字状のものである。各アームは図4のアーティフ
ァクト38の段部と同じように(水平または垂直方向
に)用いられる段部50を具えている。
のの熱膨張および工作機械の較正部品の熱膨張によって
生ずる工作機械のスケールの線形誤差を補正するもので
あった。しかし、工作機械の構成部品の熱ひずみによっ
て他の誤差も生じ、これには機械のX,Y,Z軸が実際
上互いに垂直にならなくなるように構成部品が熱成長す
る直角度誤差が含まれる。このような誤差を検出するの
には、図5および図6に示すアーティファクトを用い、
スケールおよびプローブ20を用いて種々の点でアーム
49の辺を測定し、かつアームが垂直になっていること
をその測定値が示すかどうかを計算することにより検出
することができる。アームの垂直性を予め正確に較正す
れば、この測定値での較正済みの垂直性から外れたら、
機械の整合に誤差があるものとすることができ、これに
従ってワークピースの測定を補正することができる。
令をして所望な輪郭に加工したワークピースにおける補
間および他の誤差を、バイト通路上の所定の点間の補間
法を用いて検出するのにも用いることができる。ワーク
ピースは同じ公称輪郭を有し、かつ正確に較正してある
アーティファクトと比較される。必要に応じアーティフ
ァクトはワークピースと同じ工作機械で同じように製作
しておくことができ、従ってアーティファクトは機械と
は無関係に較正するとしたら、これはワークピースと同
じような補間、直角度、線形および他の誤差を受けるこ
とになる。ワークピースを工作機械の加工容積内の同じ
位置で製作すれば、その較正はその位置での機械の補間
精度および他の誤差についての情報を与える。この情報
を工作機械の制御部にアーティファクト表面上の注目す
る各点の工程値表の形態で記憶しておく。次いで、ワー
クピースとアーティファクトの双方を工作機械上の同じ
位置でプローブすることにより両者を比較すれば、注目
する各点に対する値が得られ、これはワークピース上の
点とアーティファクト上の点との差を表わす。この差値
に上記表からの対応する較正値を(正負)符号を考慮し
て加えることによりワークピースの誤差を得る。
からあらゆる誤差(線形、直角度、補間)の誤差マップ
を造ることができる。この誤差マップは工作機械の制御
部または外部コンピュータに補正値表の形態で記憶さ
せ、これをワークピースについて行った読取値を補償す
るのに用いる。誤差マップはワークピースを載せる工作
機械の加工容積の特定箇所に特有のものである。それは
アーティファクトもそれと同じ箇所に置いたからであ
る。アーティファクトもワークピースと同じ熱環境に置
いたため、ワークピースの測定値は様々な熱の影響に対
して極めて正確に補償することができる。
ファクト52を示す。このアーティファクトは真中があ
いている4つの辺部材54からなる正方形のオープンフ
レーム状をしている。正方形の各隅部から垂直に4つの
柱56を設ける。これらの各柱は中央に穴58を有して
いる。これらの穴58の中心は予め較正して、正しい正
方形の4つの隅部に位置させる。このアーティファクト
52を同じ熱環境に保持し、かつ前述した例と同じよう
にしてワークピース(この包絡面を破線30Aで示して
ある)が占めていた個所から移したり、その個所に割出
したりすることができる。プローブ20のスタイラス2
2を各穴58の中に挿入することができ、3回または4
回のプロービング動作で穴の中心の座標を求めることが
できる。アーティファクトを測定して得られたこれらの
座標値と正確にわかっている正方形の寸法とを比較する
ことによりアーティファクトの個所(従ってワークピー
スの個所)における線形誤差とその個所における直角度
誤差との双方に対する補償係数が容易に計算される。
すように辺部材54により形成した正方形のオープンフ
レーム内に位置する場合およびワークピースにアクセス
する加工作業がアーティファクトによって妨げられない
ような場合には、アーティファクトをワークピースのま
わりの位置に永久的に固定させることができる。このよ
うにすれば、ワークピースを取外した後の位置にアーテ
ィファクトを移す必要がないため、時間が節約される。
ワークピースおよびアーティファクトの双方を同じ測定
サイクルの一部として測定することもできる。
54または柱56に段部を設け、これらの段部を図3〜
図6の例における段部と同じように用いることができ
る。場合によっては穴58を省いて単に柱56の外側断
面だけで測定することもできる。
アーティファクト52の代りに工作機械のベッド2に例
えば穴あけおよびリーマ仕上によって穴60をあけるこ
とができる。穴60はワークピースを位置させそうな個
所全体に規則的な間隔であける。穴60の間隔およびこ
れらの穴の位置の直角度を追跡可能な標準規格に従って
予め正確に較正する。適当に選択した穴60を穴58と
同じようにして正確に利用することができる。例えば、
包絡面30Cを占めているワークピースの場合には、そ
の隅部に隣接する4つの穴60Aを選択することができ
る。これらの穴60Aをワークピースの検査と同じ測定
サイクルでプローブして、前述したと同じように補償係
数を求める。
の代りに、多くの工作機械のベッドに既に形成してある
ワークピース、取付具等の装着用のスロットを用いるこ
とができる。これらスロットの特徴部を加工する精度は
勿論当てにすることはできない。それでもスロットは工
作機械のスケール以外の何等かの測定装置を用いて追跡
可能な標準規格に従って正確に測定し、かつ較正するこ
とができる。各スロットを正確に測定した寸法を示すマ
ップはコンピュータ数値制御に記憶させておく。次のワ
ークピースの検査時の測定サイクルにおける一連の工程
にこれらスロットの内でワークピースに最も近い特徴部
を測定することを含める。こうしたスロットの特徴部を
測定して得た値を、予め較正してわかっている正確な値
と比較して、上述したと同じ方法で補償係数を求める。
代りに、ベッドに固着させるプレート状のアーティファ
クトに穴60をあけることもでき、この場合にはワーク
ピースをこのプレート状のアーティファクトに固着す
る。このアーティファクトはワークピースと同じ材料で
造るのが望ましい。材料が異なるものを用いる場合に
は、アーティファクトおよび/またはワークピースの温
度を測定し、かつ異なる膨張率を用いて補償係数を計算
する前述した方法を用いなければならない。
面30内に位置するか、または少なくとも数個所が包絡
面30内に横たわる部分を持たせるのが有利である。こ
うすれば、ワークピースの内部の特徴部を測定する場合
に用いられる機械のスケールのこうした個所を補償する
ことができる。
し、これは1つのカセット10の代りに用いられる。こ
のために、このアーティファクトは長手方向に延在する
断面が鳩尾形をしている取付部70を有し、この取付部
によりアーティファクトはコア4および回転コンベア1
5に取付けられる。アーティファクトの上側部分には複
数個のアーティファクトユニット72(本例では5個)
を形成してある。これらの各ユニット72には様々な測
定用特徴部を設ける。これらの特徴部はユニットの頂部
表面におけるボス74を含み、ボスには途中までの同心
穴76をあける。各ユニットの片側には環状の凹所78
があり、この凹所内に同心のボス80がある。ボス80
内には同心の穴82があり、これはユニット72の反対
側にまで貫通しており、このユニットの反対側にも同じ
ような環状凹所78およびボス80を形成してある。
2の位置はカセット10におけるワークピース14の位
置に対応している。従って、コア4を割出すと、ユニッ
ト72の1つは工作機械の作業空間内で、ワークピース
の1つが占めていた位置と同じ位置にもたらされ、上述
したような比較測定をすることができる。ユニット72
の3つの別々の各面(これらの面は対応するワークピー
スを加工する場合に最もアクセスし易い3つの面に対応
している)に測定特徴部74〜82が設けられているこ
とは明らかである。従ってこれらの特徴部は比較測定が
必要とされそうなワークピースの特徴部に対応する位置
にある。ユニット72ではユニットそのものの長さ、横
幅および高さと、様々なボスおよびの穴の直径を測定す
ることができる。
2との間にL字状のスロット84を形成する。このスロ
ットは複合アーティファクト68の材料の厚さを完全に
貫通すべく機械加工して、取付部70とアーティファク
トの残りの部分とがスロットの各端部の材料のウェブ8
6,88だけで接続されるようにする。このスロットの
目的は、アーティファクトの取付部70と残りの部分と
の間を隔離させることにある。取付部70が締付圧力に
よるひずみを受けても、こうしたひずみはアーティファ
クトの残りの部分には伝達されず、その代りにL字状ス
ロットの一端部における垂直ウェブ90が屈曲すること
により調整される。逆に言えば、温度が変化してもユニ
ット72を含むアーティファクトの大部分は取付部70
における締付圧力にじゃまされずに(ワークピースと同
じように)熱膨張したりまたは収縮したりすることがで
きる。
て、後に測定目的に使用するのと同じ工作機械で作製す
ることができるが、必ずしもそのようにする必要はな
い。アーティファクトをアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金製とする場合には、機械加工した後に化学的に研
磨し、陽極酸化処理して表面に耐久性を付与するのが望
ましい。後に比較目的のために使用するユニット72の
あらゆる様々な特徴部を較正して、上述したように使用
する追跡可能な標準規格に対するこれらの正確な寸法を
求める。
は、加工時と同じようにカセット10の1つに取付ける
ことができる。このような個々のアーティファクトは前
述したような万能アーティファクトとするか、または専
用アーティファクト(検査すべきワークピースの公称寸
法および形状をしているレプリカ)とすることができ
る。図10に示したアーティファクトに似ているが、そ
こに一体に形成する個々のアーティファクトユニットが
万能アーティファクトユニット72でなく、検査すべき
ワークピースのレプリカとする複合アーティファクトを
造ることができる。このような専用アーティファクトユ
ニットはワークピースを製造するのに使用するのと同じ
工作機械で造ることができる。これは後にカセット10
の1つにおけるワークピースを作製するのに用いられる
同じ数値制御の加工工程を用いるブランクの複合アーテ
ィファクト68を加工することにより行うことができ
る。図10のアーティファクトと同じように、複数の専
用アーティファクトユニットを有しているそのようなア
ーティファクトを工作機械から取外し、研磨し、必要な
らば陽極酸化処理してから、これらの専用アーティファ
クトユニットの種々の特徴部を測定し、かつ追跡可能な
標準規格に従って較正する。
ット72を有している他の複合アーティファクト98を
示し、これらのユニット72の上にて比較測定すること
ができる。図10のアーティファクトと同様に、ユニッ
ト72は(図示のような)万能アーティファクトユニッ
トとするか、または検査すべきワークピースのレプリ
カ、すなわち専用アーティファクトユニットとすること
ができる。前述したように、ユニット72の位置はカセ
ット10内のワークピースの位置に対応させて、ユニッ
ト72がワークピースと同じ空間位置に割出されるよう
にする。
び回転コンベア15にアーティファクトを取付けるため
の図10の鳩尾形取付部70に相当する細長形で、しか
も断面が台形をしている別個の取付部100を有してい
る。隔離スロット84の代りに、アーティファクト98
は取付部100に運動学的(Kinematicall
y)に取付ける。この取付けはアーティファクト98の
下側面の例えば適当な凹所(図示せず)に接着された3
個のボール102によって行う。ボール102はアーテ
ィファクト98と取付部100との間の引張ばね106
により引張られて取付部100の上側面における対応す
るV字条溝の凹所104内に位置する。V字条溝凹所1
04は、ボール102がこれらの凹所104と接触して
保持されると、取付部100に対するアーティファクト
98の動きの全自由度が束縛されるように構成する。し
かし、アーティファクト98は取付部100の締付圧力
にじゃまされずに対応する凹所104に沿って1つ以上
のボール102が摺動することにより簡単に熱膨張およ
び収縮する。同様に、取付部100の締付圧力はアーテ
ィファクトユニット98には伝わらない。実際上、アー
ティファクト98と取付部100とを図11のように隔
離させる方が図10のスロット84によるよりも好適で
ある。その理由はアーティファクト98および取付部1
00の横方向および長手方向の双方に対する相対的な膨
張および収縮の自由度が大きいからである。
ィファクトの下側面にそれと一体に加工される半球状の
突起部を設け、これらを全く同じように凹所104内に
係合させることもできる。あるいはまた、凹部104を
アーティファクト98の下側面に形成し、ボール102
または半球状の突起部を取付部100の上側面に形成す
ることもできる。3つのボール102がそれぞれ平坦
面、V字状凹所および対応するボールと3点で接触する
三面凹所と係合するような他の形態の運動学的マウント
(Kinematic mount)を形成することも
できる。三面凹所は円錐凹所とすることもできるが、こ
れは前者のものに比べて多少劣る。
クト110と別個の取付台112との間を運動学的マウ
ントにより隔離させる他の方法を示す。複合アーティフ
ァクト110および取付台112は図11のものにほぼ
似ており、アーティファクトは万能または専用のアーテ
ィファクトユニット72を前述した所と同様に具えてい
る。複合アーティファクト110と取付台112との間
の取付けは、アーティファクトの突耳120と取付部の
突耳122との間にそれぞれ延在させる6本のワイヤま
たは細い棒114−119によって行う。各ワイヤまた
は棒114−119は張力および圧縮力に対しては曲が
らなくて堅いが、これらは各端部に近い所に細めのネッ
ク部分124を有しており、このネック部分は各ワイヤ
または棒を横方向に曲げることができる。3本のワイヤ
または棒114,115,116は垂直に配置し、その
内の2本はアーティファクトの一端に、残りの1本はア
ーティファクトの他端に配置する。2本のワイヤまたは
棒117,118はアーティファクトに対して水平に
し、各端部に1個ずつ横方向に配置する。6番目のワイ
ヤまたは棒119はアーティファクトに対し水平に、し
かも長手方向に配置する。各ワイヤまたは棒は張力およ
び圧縮力に対しては堅くて曲がらないため、このような
ワイヤまたは棒の配置によって複合アーティファクト1
10と取付台112との間に6通りの自由度が制約され
る。しかし同時に、アーティファクト110はクランプ
嵌めする取付台112にじゃまされることなく伝達の方
向に膨張および収縮でき、これはネック部分124での
曲げにより調整される。同様に、このような曲げは取付
台112の締付ひずみも調整するため、これらのひずみ
は複合アーティファクト110には伝わらない。
性が低い材料で造るのが良い。こうすればワークピース
に加工サイクル中冷却剤を浴びせて、それを冷却剤の温
度またはそれに近い温度にする場合に有効である。アー
ティファクトを測定する直前には、それにも冷却剤を浴
びせる。熱慣性が低い材料を使用すると云うことは、ア
ーティファクトが迅速に冷却剤と同じ温度になるため、
この冷却剤を浴びせる工程にかかる時間が短縮されると
云うことを意味する。
ることまで言及したが、これは好ましくは追跡可能な標
準規格に対して要求される精度とし得る任意の好都合な
検査技法で行うことができる。最も好都合な方法は三次
元の座標測定機でアーティファクトを測定するやり方で
ある。
る。
ある。
である。
Claims (11)
- 【請求項1】 相対的に移動自在の2部分を具えている
工作機械で測定する方法であって:前記2部分の一方の
第1部分に既知の寸法を有するアーティファクトを設け
る工程と;前記2部分の他方に前記アーティファクトの
表面を検知するプローブを設ける工程と;前記プローブ
を用いて前記アーティファクトの前記既知の寸法を測定
して測定値を得る工程と;前記測定値を前記既知の寸法
か、ワークピースの測定寸法のいずれかと比較する工
程;とを含む工作機械での測定方法において、 測定しない時のアーティファクトを工作機械の上に位置
させて、工作機械でワークピースが体験するのと同じよ
うな温度変化をアーティファクトが体験するようにする
ことを特徴とする工作機械での測定方法。 - 【請求項2】 前記工作機械が前記2部分間の変位を測
定する手段を有し、前記方法がさらに:工作機械の前記
一方の第1部分上の所定位置にワークピースを位置させ
る工程と;この位置におけるワークピースを工作機械の
測定手段と前記プローブを用いて測定してワークピース
の測定値を得る工程と;前記ワークピースの位置とほぼ
同じ位置の前記第1部分の上に前記アーティファクトを
位置させる工程と;この位置におけるアーティファクト
の既知の寸法を工作機械の測定手段と前記プローブとを
用いて測定してアーティファクトの測定値を得る工程
と;ワークピースの測定値をアーティファクトの測定値
と比較するか、ワークピースの測定値をアーティファク
トの測定値から導出した値で補償する工程;とを含むこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 相対的に移動自在の2部分と、これら2
部分間の変位を測定する手段を具えている工作機械での
ワークピース測定方法が:工作機械の前記2部分の内の
一方の第1部分の上の所定位置にワークピースを位置さ
せる工程と;この位置におけるワークピースを工作機械
の測定手段と前記2部分の内の他方の部分に取付けたプ
ローブを用いて測定してワークピースの測定値を得る工
程と;前記ワークピースの位置とほぼ同じ位置の前記第
1部分の上に既知の寸法を有しているアーティファクト
を位置させる工程と;この位置におけるアーティファク
トの既知の寸法を工作機械の測定手段と前記2部分の内
の他方の部分に取付けたプローブを用いて測定してアー
ティファクトの測定値を得る工程と;ワークピースの測
定値をアーティファクトの測定値と比較するか、ワーク
ピースの測定値をアーティファクトの測定値から導出し
た値で補償する工程;とを具えていることを特徴とする
工作機械でのワークピース測定方法。 - 【請求項4】 前記アーティファクトを、寸法が既知の
複数の特徴部を有している万能アーティファクトとする
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の
方法。 - 【請求項5】 前記アーティファクトを前記ワークピー
スのレプリカとすることを特徴とする請求項1〜3のい
ずれかの項に記載の方法。 - 【請求項6】 前記アーティファクトが、測定すべき1
個以上の特徴部を有している測定部と;工作機械に取付
けるようにした取付部と;前記測定部を前記取付部のひ
ずみから少なくとも部分的に分離させるための、測定部
と取付部との間の隔離手段とを具えていることを特徴と
する請求項1〜5のいずれかの項に記載の方法。 - 【請求項7】 前記アーティファクトが、工作機械に取
付けるようにした取付部と;この取付部に互いに離間さ
せて設けた複数のアーティファクトユニットとを具え、
これらの各アーティファクトユニットが測定すべき1個
以上の特徴部を有する測定部分を具えていることを特徴
とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の方法。 - 【請求項8】 工作機械での測定用アーティファクト
が:測定すべき1個以上の特徴部を有している測定部分
と;工作機械に取付けるべく適合させた取付部と;前記
測定部を前記取付部のひずみから少なくとも部分的に分
離させるための、測定部と取付部との間の隔離手段;と
を具えていることを特徴とするアーティファクト。 - 【請求項9】 前記隔離手段を前記取付部と前記測定部
との間のスロットとすることを特徴とする請求項8に記
載のアーティファクト。 - 【請求項10】 前記隔離手段を前記取付部と前記測定
部との間の運動学的マウントとすることを特徴とする請
求項8に記載のアーティファクト。 - 【請求項11】 工作機械での測定用アーティファクト
が:工作機械に取付けるべく適合させた取付部と;この
取付部に互いに離間させて設けた複数のアーティファク
トユニット;とを具え、これらの各アーティファクトユ
ニットが測定すべき1個以上の特徴部を有する測定部分
を具えていることを特徴とするアーティファクト。
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