JPS60214210A - ワ−ク自動計測装置 - 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】 本発明は、ワーク自動計測装置に関するものであり、更
に詳しくは、自動工具交換機能を有する工作機械、所謂
、マシニングセンタに於いて、複数個の空気マイクロメ
ークを組み込んだ自動交換可能な測定バーを用いてワー
クの穴径ならびに位置を自動計測する装置に関するもの
である。

イ、従来技術 現在、タッチセンサとして周知の接触型検出器を用いて
、各種の自動計測が行われている。

ここでは、ワークの穴中心位置の測定例について説明す
る。

在来の接触式検出器に於いては、第１図および第２図に
示すように、工作機械の送り軸を利用して、主軸に装着
されたタッチセンサ（Ｓ）を、Ｘ軸のプラス方向もしく
はマイナス方向に移動させ、該タッチセンサがワーク（
Ｗ）と接触した瞬間にタッチセンサ（Ｓ）からタッチト
リガー信号が発信されるように計測回路が形成されてい
る。このときの工作機械の移動量からＸ軸方向に沿うワ
ーク、即ち被測定物の長さ、もしくは幅中心がめられる
。この後Ｙ軸方向に沿って同様の計測動作を行うことに
より、ワークの穴径もしくは穴中心位置の測定が可能と
なる。

タッチセンサ（Ｓ）の構造としては種々のものが考案さ
れているが、その基本的原理としては、測定球（Ｂ）が
被測定物に接触した際に生じる変位を利用して電気的導
通をＯＮ・ＯＦＦするものが殆ど大部分を占めている。

このような構造を有するタッチセンサ（Ｓ）に於いては
、検出手段として接触瞬間に於けるセンサの微小な動き
を利用しているため不感帯が発生し易く、検出信号の繰
り返し精度を向上せしめる上に問題がある。また、被測
定面に付着したゴミ等も測定誤差発生の原因となり得る
。また、このようなタッチセンサは、電気的導通を利用
しているため、タッチセンサ（Ｓ）から発信された出力
信号を工作機械の主軸頭に伝達するための電気信号授受
装置が必要になる。

上記タッチセンサ（Ｓ）は、一般の工具と同一の形状な
らびに寸法を有するシャンク部に取り付けられており、
自動工具交換装置（ＡＴＣ：　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔ
ｏｏｌ　Ｃｈａｎｇｅｒ）により工作機械の主軸と工具
マガジンとの間を自動的に移動するため、非接触型の電
気信号授受装置を採用している。非接触型の電気信号授
受装置としては電磁誘導を用いたちのあるはフォトダイ
オードを用いたもの等が使用されているが、工作機械の
使用現場に於いては鋳物粉や切粉等の粉塵が付着し、こ
のためしばしば誤信号が発信される。

口０発明の目的 本発明の主要な目的は、ワークの寸法もしくは位置の検
出手段として、公知の接触型検出器の代わりに複数の空
気マイクロメータよりなる非接触型検出器を用いたワー
ク自動計測装置を提供することにある。

本発明の他の主要な目的は、粉塵の多い計測環境に於い
ても計測精度を良好な水準に維持することのできるワー
ク自動計測装置を提供することにある。

ハ０発明の構成 本発明は工作機械の主軸（１）に装着される測定バー（
Ａ）の先端部に複数個の空気噴出ノズル（７′）、（８
）を形成すると共に、前記主軸（１）を回転自在に支承
する主軸頭（２）と測定バー（Ａ）の間に圧縮空気の流
路（１１ａ　）、（ｌｌｂ）、（１１Ｃ＞を形成し、前
記空気噴出ノズル（７）、（８）が開口する前記圧縮空
気の流路の末端部に背圧検出部（２２）を設けたワーク
自動計測装置を要旨とするものである。

二、実施例 第３図は本発明に係るワークの寸法ならびに位置の自動
計測装置を例示する部分縦断面図である。

測定バー（Ａ）は通電の工具と略同−形状を有し、数値
制御プログラムにより工具マガジンから自動的に呼び出
され、マシニングセンタ（Ｍ　Ｃ）の主軸（１）に装着
し得るように構成されている。

第３図に於いて参照番号（１）は主軸、参照番号（２）
は主軸頭を示し、測定バ一本体（３）が主軸テーパ部（
４）内に装着された状態を示す。測定バー（Ａ）には常
法に従ってスプリング（５）によって軸線方向前方に押
圧されるセンサ部（６）が内蔵されている。↓ンサ部（
６）の先端部にはその断面構造を示す第４図に見られる
ように、ＸＹ面内に４個の空気噴出ノズル（７ａ）乃至
（７ｄ）が設けられている。また、測定バー（Ａ）の軸
線方向（Ｚ軸方向）には前記ＸＹ力青白直交するように
空気噴出ノズル（８）が設けられている。

一方、測定バー（Ａ）には圧縮空気を導通させるため、
アーム（９）が測定バーの本体（３）から突出して取付
けられ、更に該アーム（９）からＺ軸方向に沿ってロン
ド（１０）が突出して取付りられており、これりの部材
の内部には圧縮空気の流路（１１ａ　）乃至（１１Ｃ）
が貫通して設けられている。参照番号（１２）は圧縮空
気中に含まれている微細な粉塵等を除去するため前記空
気流路の途中に設けられたフィルタであり、参照番号（
１３ａ）、（１３ｂ　）は前記圧縮空気の流路構成部材
の接合面からの空気の漏れを防止するためのＯ・リング
である。

一方、マシニングセンタ（Ｍ（、：）の主軸頭（２）側
には、測定バー（Ａ）を自動工具交換装置（ＡＴＣ）に
より主軸（１）に自動装着した際、系外に設けられた圧
空源から圧縮空気を測定バー（Ａ）に供給するための圧
縮空気の供給装置が設けられている。参照番号（２０）
はベースプレート、参照番号（１３）“はキャンプで、
これらの構成部材にはＸＹ面内に於いて僅かな空隙（１
４）を維持して摺動するブツシュ（１５）が嵌装されて
いる。

一方、該ブツシュ（１５）の内部には、スプリング（１
６）によって押圧され、Ｘ軸方向に摺動するスライダー
（１７）が嵌装されている。

測定バー（Ａ）が主軸（１）に装着されていない場合に
は、スライダ（１７）はスプリング（１６）によって前
方へ押圧され、スライダ（１７）に設けられた空気導通
孔（１８）をブツシュ（１５）によって閉止している。

斯くして、接続口（１９）から流路内に供給されている
圧縮空気は外部に漏れることなく閉止されている。

第３図は測定バー（Ａ）を主軸（１）に装着した状態を
図示するものであるが、測定バ一本体（３）を主軸（１
）に装着する際、ロンド（１０）の後端部はスライダ（
１７）の先端部と接触し、接触状態を維持したままスラ
イダ（１７）をＸ軸方向に後退させる。スライダ（１７
）の後退動作が進行するにつれて、空気導通孔（１８）
は閉止状態から導通状態に移行し、測定バー（Ａ）の装
着が完了した時点で、接続口（１９）から供給された圧
縮空気は、測定バー（Ａ）内の流路（１１Ｃ）、（１１
ｂ　）、（１１ａ　）を経て先端に空気噴出ノズル（７
）、（８）を有するセンサ部（６）に導かれ、５個の空
気噴出ノズル（７ａ）乃至（７ｄ）および（８）により
絞られた噴流としてワークの被測定部位に放出される。

尚、ブツシュ（１５）をＸＹ面内で摺動可能な形状にし
たのは、測定バー（Ａ）を主軸（１）に装着する際のロ
ンド（１ｏ）の位置決め誤差の影響を取り除（ためで、
ロンド（１０）をブツシュ（１５）内に円滑に挿入し得
るように、それぞれの先端部にテーパ部を設けている。

以下、本発明装置の作動原理について説明する６本装置
は空気マイクロメータの原理を応用したもので、その基
本的な原理を第５図に示す単一の空気噴出ノズルについ
て説明する。参照番号（６）はセンサ部を示し、その先
端には直径ｄの空気噴出ノズル（８）が穿孔されており
、ここから圧縮空気が噴流となって放出される。ノズル
先端と被測定面（２１）との間隙Ｘが小さい場合には、
第５図の点線で表示する部分の表面積が空気流路中量も
狭くなり、この表面積の大小によりノズルを通過する空
気の流量が変化する。斯くして、背圧検出部（２２）の
背圧が間隙量Ｘによって変動する。従って、背圧を測定
することにより、間隙量Ｘを検出することが可能となる
。

本発明装置は第５図に示した空気マイクロメータを５個
組み合わせたものと考えられ、空気系の構成を第６図に
、またこれをモデル化したものを第７図に示す。第７図
に示すように、圧空源（２３）から供給された圧縮空気
は圧力調整弁（２４）にて一定圧に保持されている。即
ち、圧力調整弁（２４）の内部および配管系の全容積を
まとめて、一定圧Ｐｓの定圧室（２６）としてモデル化
されている。定圧室（２６）から送り出される圧縮空気
は固定絞り（２５）を通過して背圧検出部（２２）に導
かれる。この固定絞り（２５）の流量係数を０１、流路
断面積をＡＩ、該固定絞りを通る空気の重量基準流量を
Ｇｉとする。

圧縮空気は背圧検出部（２２）から主軸頭（２）に設け
られた接続口（１９）を経て流路（１１ｃ　）、（ｌｌ
ｂ）、（１１ａ　）内に流入する。測定バー（Ａ）が主
軸（１）に装着された際には、５個の空気噴出ノズル（
７ａ）乃至（７ｄ）および（８）から圧縮空気が噴出す
る。この状態は第７図に示すように、背圧検出部（２２
）および配管系の全容積に相当する測定室（２７）を有
し、且つ、上記５個の空気噴出ノズルがそれぞれ流量係
数０２、絞りの断面積Ａ２を有する固定絞りを形成した
ものと見做すことができる。ここで前記空気噴出ノズル
（７ａ）乃至（７ｄ）および（８）を通過する空気の重
量基準流量を０２とすると、固定絞り（２５）を流れる
流量Ｇｌは次式で計算される。

Ｇ１＝ＣｌＡｔ　２ｇｒ−Ｐｓ−Ｐ　−（１）ここで、
ｇ：重力加速度。

γ：空気の比重量 Ｐｓ：定圧室（２６）に於ける圧縮空 気の絶対圧 Ｐ：測定室（２７）に於ける圧縮空 気の絶対圧 いま、測定バー（Ａ）の５個の空気噴出ノズル（７ａ）
乃至（７ｄ）および（８）の内１個が被測定物に接近し
た場合を想定する（第７図の空気噴出ノズル（７ａ）参
照）。このとき、空気噴出ノズル（７ａ）を通過する圧
縮空気の流量Ｇ。

はベルヌイの定理に従っ゛ζ次式で計算される。

Ｇｏ＝Ｃ２Ｋｄ２　ｘ　２ｇｒ　−Ｐ−Ｐａ・・　（２
）ここに　ｄ２：空気噴出ノズル（７ａ）の直径πｄ２
ｘ：第２ｘ：示す被測定物の表面積Ｐａ二大気の絶対圧 一方、空気噴出ノズル（７ｂ）乃至（７ｄ）および（８
）については、総流量は次式でめられる。

Ｇ２　＝４Ｃ２Ａ２　２ｇｒ　ＨＰ　Ｐａ・・・　（３
）空気流量の平衡条件より Ｇ１−　Ｇ　ｏ　＋　０２　・・・　（４）よって、上
記（１）乃至（３）式を（４）式に代入して、次式が得
られる。

・・・　（５） 即ち、Ｃ１％　Ｃ２、ｃｔｌ、ｄ２、Ｐｓ、Ｐａを一定
とすると、背圧検出部（２２）の圧力Ｐを測定すること
によりセンサ部（６）の先端部と被測定面との間隙量ｘ
をめることができる。以上は空気噴出ノズルから噴出す
る圧縮空気が比較的低圧の場合に該当するが、該圧縮空
気の供給圧が高い場合には、空気の圧縮性を考慮する必
要がある。しかしながらこの場合に於いても測定系の基
本的原理は変わらないので説明を省略する。

理解を容易にするため、第７図では背圧Ｐの検出器とし
て、圧力針を使用する態様について説明したが、本発明
装置は実際上は第８図または第９図に見られるような構
成になる。

第８図に於いて、測定室（２７）の圧力は背圧検出部（
２２）に導かれ、圧力の変動をダイヤフラム（２８）の
変位に変換される。ダイヤフラム（２８）にはコア（２
９）が連結されており、該コアの変位は差動トランス（
３０）により電気信号に変換される。第９図は差動１−
ランス（３０）の代わりにリミットスイッチ（３０°）
を使用した本発明の実施態様を例示するものである。第
８図に示す実施例に於いては圧力に応じたアナログ電圧
出力が得られるのに対し、第９図に示す実施例に於いて
は、ダイヤフラムの変位量がある一定値に達したときに
ディジタル信号が出力される。第８図あるいは第９図に
例示する実施態様に於いて実測された測定データを第１
Ｏ図に示す。

一方、第９図に示す実施態様に於いては、ダイヤシラム
（２８）がある一定量だけ変位したとき（第１０図の特
性曲線に於いてリミットスイッチ（３０’　）により検
出された一定圧ＰＡに達したとき）にディジタル出力が
検出信号としてＯＮされる。

本発明に係るワーク自動計測装置を使用してワークの穴
径および穴中心位置を測定する場合を第１１図に基づい
て説明する。

マシニングセンタ（ＭＣ）の図示しない送り軸を利用し
て、主軸（１）に装着された測定バー　（Ａ）のセンサ
部（６）を−Ｘ方向に移動させる。すると、センサ部（
６）の外径が被測定穴（３１）の内面に接近するに従い
、測圧室（２７）の背圧Ｐが第１０図の特性曲線に示す
ように漸増する。そして、ワークの被測定穴（３１）の
内面と接触する１００μｍ程度手前で出力信号を発信す
る。同様にして、＋Ｘ、±Ｙ方向での出力信号から、ワ
ークの穴径並びに穴中心位置の測定を実行することがで
きる。

ホ０発明の効果 本発明装置は、在来のタンチセンサと比較した場合、ワ
ークと非接触状態を維持したまま穴径や穴中心位置の測
定が行われるため、被測定面の性状（例えば表面あらさ
や被測定物の材質等）の影響を受けず、また空気流の流
体圧により、被測定面に付着したゴミによる測定感差を
排除することができるので、測定精度が極めて高い、更
に本発明装置はその構造が極めて簡易であるため故障が
少なく、且つ不感帯も少なく測定装置としての信頼性も
高い。

以上の説明から理解し得るように、本発明装置に於いて
は空気マイクロメータの背圧変化によりワークを非接触
下に測定しているから、被測定面の性状（例えば表面あ
らさ等）の影響を受けない安定した測定条件を確保する
ことができる。

更に本発明装置は電気信号を一切使用せず、空気圧信号
のみを使用する簡単な構造に形成されているから、塵埃
や粉塵のの多い劣悪な測定環境下に於いても誤動作する
おそれがない。

またセンサ部の寸法や形状あるいは空気噴曳ノズルの配
設の個数等についても任意に選択することができるから
、多種灸様な測定対象に対しても容易に対応することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第り図および第２図は公知の接触型検出器によるワーク
の穴径もしくは穴中心位置の測定要領の説明図である。 第３図は本発明に係るワークの寸法ならびに位置の自動
計測装置の部分縦断面図であり第４図は空気噴出ノズル
の配設状態を説明するセンサ部の横断面図である。第５
図は空気噴出ノズルを有するセンサ部の縦断面図であり
第６図および第７図は空気噴出ノズルによって空気マイ
クロメータを構成せしめた本発明装置の作動要領の説明
図である。また、第８図および第９図は背圧検出装置の
実例を示す説明図であり第１０図は上記背圧検出装置に
於いて実測された測定データを例示する直交座標線図で
ある。更に第１１図は本発明装置によるワークの穴径な
らびに穴中心位置の測定要領の説明図である。 （１）・−主軸、（Ａ）−測定バー、（７）、（８）・
−空気噴出ノズル、（２）　−主軸頭、（１１）−圧縮
空気の流路、（２２）　−背圧検出部。 第６図 −ら 第１１図 手続補正書 昭和５９年　５月２１日 １、事件の表示 昭和５９年特許願第７２５１４号 ２、発明の名称 ワーク自動計測装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　大阪府大阪市大淀区豊崎３丁目２１番９号名称
大阪機工株式会社 代表者　森　澤　正　夫 ４、代理人　畢５５０ 住　所　大阪府大阪市西区江戸堀１丁目１５番２６号５
、補正の対象　明　細　書 ６、補正の内容 明細書中 ■、第１１頁第２行 ｒＧｌ　＝Ｃ＋　Ａｔ　２　ｇ　ｒ−Ｐｓ−ＰＪをｒＧ
＋　−ＣＩ　Ａｔ　、／Ｔｉ下−４７７丁」と補正する
。 ■、第１１頁第１５行 ｒＧｏ−Ｃ２πｄ２　ｘ　２ｇｒ−Ｐ−ＰａｌをｒＧｏ
−Ｃ２πｄ２　ｘｆココ下−１ｒ７ｈ−」と補正する。 ■、第１２頁第２行 ｒＧ２＝４Ｃ２Ａ２　２ｇｒ−Ｐ−ＰａＪをｒＧ２−４
Ｃ２Ａ２１Ｔｉ下・ニ」と補正する。 ■、第１２頁第７行 と補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＋１１　工作機械の主軸に装着される測定バーの先端部
   に複数個の空気噴出ノズルを形成すると共に、前記主軸
   を回転自在に支承する主軸頭と測定バーの間に圧縮空気
   の流路を形成し、空気噴出ノズルが開口する前記圧縮空
   気の流路の末端部に背圧検出部を設けたことを特徴とす
   るワーク自動計測装置。