JPS61131854A - 旋盤加工物測定装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は旋盤加工物測定装置に係り、特に大型旋盤の積
載加工物の段取誤差および機械精度誤差等を′補正し、
加工物の真の寸法測定を可能とするのに好適な旋盤加工
物測定装置に関するものである。。

〔発明の背景〕

従来、大型工作機械における加工物の仕上精度測定は、
マイクロメータあるいは弓ゲージ等を用いて直接測定す
る場合と、機械の各軸に取り付けた専用の高分解能を有
するスケールを用いて、現在位置表示を行い、これを基
準として測定する場合とがある。前者の場合は、その都
度、大型のマイクロメータや弓ゲージを準備しなければ
ならず。

多大の時間、労力および測定ノウハウを必要とする。一
方、後者の場合は、機械送り軸の動きにより測定可能で
あるため、単純でしかも短時間で測定することができる
という利点がある。第１表は従来の現在位置表示機能を
応用した計測の文献例である。

第　　　１　　　表 ところが、大型工作機械になるほど加工物の段取誤差あ
るいは機械精度の影響を受けやすく、現在位置表示と、
真の寸法との間の誤差が拡大し、高精度を要求される部
位については、結局、大型マイクロメータあるいは弓ゲ
ージ等を使わざるを得ない状況にある。

以下、従来の大型工作機械、特に大型旋盤における現在
位置表示機能の使用上の問題点について説明する。

（１）第１に加工物の段取誤差による影響があげられる
。

第９図は大型旋盤における加工物の段取誤差を示す説明
図で１機械本体と加工物との関係が示しである。１は主
軸ヘッドストック、２は主軸面板、３は加工物用ヘッド
、４は加工物、５は振れ止め、６はキャリジ、７はキャ
リジベッド、２０はバイトである。

一般に旋盤にロータシャフト等の大型かつ長尺の軸物加
工物を積載する場合は、一端を主軸面板２でチャックし
、他端を振れ止め５で支持する。加工物重量が大きい場
合、心軸合わせによる他端支持に対して振れ止め支持の
方が積載能力が高く、かつ、加工物自身の変形防止効果
があり、さらに、段取剛性向上により重切削が可能であ
る等の理由により振れ止め支持することが多い。

振れ止め５は、任意の外径を支持できるように上下、左
右方向の調整機能を有するが、これが逆に問題となり、
機械軸ＣＭと加工物軸ＣＷとの間に芯ずれが発生しやす
い。また、この芯ずれ量は測定が困難であり、加えて加
工物重量が大きい場合、微妙な修正がさらに困難である
。

通常は主軸面板２と振れ止め５間の概略芯出し後、加工
物４を回転し、回転振れまわりを修正した後、アイドル
回転を続け、加工物４が主軸面板２から抜は出さないこ
とを確認し１段取り終了として加工工程に入っている。

したがって、加工物４は、ＣＭとＣＷとがαなる角度で
ずれているため、バイト２０により加工物外径を直線切
削、あるいは、′６４Ａ定を行うと、主軸而板２側直径
ＤＡと振れ止め５側直径り、どの間に誤差を生ずること
になる。

（２）第２に機械の真直度による影響があげられる。

第１０図は大型旋盤における真直度誤差を示す説明図で
、キャリジベッド７と加工物４との関係を示しである。

一般に大型工作機であるほど長尺ストロークの軸の真直
度調整は困難であり、かつ、−担修正すればよいという
わけではなく、機械の摩耗ゆるみなどの経年変化、地盤
沈下（または***）による基礎の変形および重量物積載
等による機械のたわみ変形などの理由により時々刻々変
化している。したがって、大型機械に対しては。

定期的な精度修正が必要不可欠となっているが、特に旋
盤の場合は、キャリジベッド７が図に示すように真直度
が低下して変形していると、キャリジ６とその上にある
バイト２ｏも直線運動をせず、蛇行するため、加工物外
径切削の場合。

誤差を生じる。さらに、蛇行量は直径に対して２倍に拡
大されるため、加工および測定における大きな誤差要因
となる。

（３）第３に機械の走行がたによる影響があげられる。

第１１図は大型旋盤における走行かたを示す説明図で、
キャリジ６の走行と加工物４との関係を示しである。２
１はＺ軸方向に取り付けたスケール、２２−Ａ、２２−
Ｂはそれぞれスケールの読み取りヘッドを示す、キャリ
ジベッド７とキャリジ６との間にがたが発生すると１図
に示すように、走行方向および位置に応じてΔθなる傾
きを生じる。Δ０を拡大する要因としては、キャリジベ
ッド７の真直度低下が上げられる。

このとき、キャリジ６が傾くと、Ｚ軸に取り付けられた
スケール２１によるキャリジ移動量Ｈ６と実際にバイト
２０の刃先が移動した移動量Ｈとの間には軸方向に誤差
が生じることになる。

軸方向誤差はバイト２０とスケール２１との距離Ｋに比
例して拡大するが１機械のレイアウト上距離Ｋを小さく
することは困難であり、微少な傾きΔθが発生しても、
軸方向誤差は大きく現われてくる。したがって、いかに
スケール単体の精度がよくても、現在位置表示による加
工あるいは測定には誤差を生じてしまうことになる。

（４）第４にスケール２１と加工物４との温度変化の影
響があげられる。

一般に現在位置表示に用いられるスケール２１は精度部
品で構成されるため、ベッドカバー内等の外部から隔離
された空間に取り付けられる。したがって、加工物４と
スケール２１とは同一空間上になっていないため、昼夜
あるいは夏冬等による気温の変化に応じて加工物４の熱
変形量のスケール２１の熱変形量とが異なる。

しかも、その相対関係が時々刻々変化するため、同一の
加工物４を同一の機械で、同一の寸法（スケール２１に
よる現在位置表示を用いる）で加工あるいは測定しても
同じ結果にならず。

誤差を生ずることになる。さらに、加工物４が長尺であ
れば、誤差がさらに拡大されることになる。

以上述べたように、大型旋盤においては、加工物の段取
りの影響１機械端度の影響、気温変化による熱変形の影
響等により、従来方法によれば、如何に高精度、高分解
能を有するスケールを取り付けた現在位置表示を用いて
も加工あるいは測定には必らず誤差が生ずることになる
。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、大型旋盤における現在位置表示を用いて加工
、測定を行うときに、加工物の段取誤差２機械の精度誤
差、熱変形誤差をすべて補正して高精度かつ高能率の加
工物測定を行うことができる旋盤加工物測定装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は１機械のＸ軸移動距離測定用セ℃ ンち、２軸移動距離測定用センサと、Ｚ軸真直度測定用
センサと、機械傾き測定用センサと、上記各センサの加
工物の熱変形による測定誤差を補正するための物体温度
センサと、上記各センサｐらのデータを記憶するともに
必要な演算を行う演算装置と、この演算装置による演算
結果を表示する表示装置と、上記演算装置へのデータ入
力信号を発生する上記機械に取り付けた上記加工物の必
要部分にタッチさせるタッチセンサとを備え、上記加工
物の段取誤差、上記機械の精度誤差および上記加工物の
熱変形誤差を自動補正して上記加工物り の軸径、軸長を測定する構成としそ点にある。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１図〜第７図に示した実施例および第８
図を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の旋盤加工物測定装置の一実施例を示す
全体構成図である。第１図において、１は主軸ヘットス
トック、２は主軸面板、３は加工物用ベッド、４は加工
物、５は振れ止め、６はキャリジ、７はキャリジベッド
、８は真直度用レーザ測長器、９はＺ軸周レーザ測長器
、１０は傾き用レーザ測長器、１１はＸ軸用レーザ測長
器、１２はバイト刃先にかわるタッチセンサ、１３は各
測長器用インターフェース、１４はレーザ測長器の補正
用インターフェース、１５は気圧、温度をフィードバッ
クするエアセンサ、１６−Ａ。

１６−Ｂは被測定物の熱変形に応じて測定補正するため
の物体温度センサ、１７は測長器用インターフェース１
３からのデータを記憶、演算を行うマイクロコンピュー
タ、１８はコンピュータ補正演算結果を表示する表示用
インターフェース、１９は現在位置表示装置である。

第２図は第１図の鳥味図である。第２図において、１０
０−Ａ、１００−Ｂ、１００−Ｃ：はそれぞれレーザ測
長器用架台で、１０１はレーザ発振器用カバーである。

加工物４の段取誤差および機械精度誤差は、Ｙ軸の縦方
向にも発生するが、各種レーザ、センサ類を加工物軸と
ほぼ同一高さに合わせることによりＹ軸方向誤差の測定
精度への影響を最少に抑えて測定システムの簡素化を図
っである。

次に、第１図の加工物（被測定物）４の軸径および軸長
の測定原理について説明する。

第３図は加工物４の軸径測定原理図である。軸径測定に
最も大きく影響を与えるものは、加工物４の段取誤差に
よる芯すれと、機械のＺ軸方向左右真直度である。そこ
で、図に示す加工物４がαなる角度で機械軸に対して芯
ずれを生じ、かつ、キャリジベッド７が真直度低下して
蛇行しているとする。軸径測定に使用するレーザ測長器
は、真直度用レーザ測長器８とＺ軸周レーザ測長器９お
よびＸ軸周レーザ測長器１１である。機械を基準位置（
機械原点）に移動し、レーザ測長器８，９゜１１をリセ
ットした後、機械をＺ軸方向に移動して、全ストローク
にわたりＺ軸真直度をあらかじめ測定しておく、このと
きのデータにより、任意のＺ軸移動距離に応じた真直度
ΔＸがわかる。次に、あらかじめ定めた加工物４の基準
点Ｐ工、Ｐ２の外径寸法Ｄ１．　Ｄ、をマイクロメータ
あるいは弓ゲージ等で直接精密ａｌｆｆ定する。次に、
タッチセンサ１２を機械基準位置から移動し、基準点Ｐ
１゜Ｐ２　にタッチさせ、このときの移動量Ｘ、、、Ｚ
工およびＸ、、　Ｚ、を求める。この際、２．、２２に
対応した機械真直度ＡＸよ、４ｘ、が求まり、以上のデ
ータにより、真直度用レーザ測長器８のレーザビームＢ
ｅ１Ｉと加工物４の軸心との相対関係が明確化される。

したがって、加工物４の任意の点Ｐ０　における外径Ｄ
Ｉ、は、機械移動点タッチセンサ１２をタッチさせ、こ
のときの移動ｔＸｏ、Ｚ０およびΔＸＯ（機械真直度）
により求めることができる。

第４図は軸径測定模式図である。次に第４図を用いてさ
らに詳細な説明を行う。第４図において。

真直度用レーザビームＢｅｗ＋と加工物軸心との相対関
係は、Ｑ□、Ｒ□ｇ　Ｒ４ｐ　Ｑｚの四角形によって決
定される。このとき、ＱｏとＲ工との間の距＠Ｌ工は、
　Ｄｌｌ　Ｘｌ、Δｘ１の既知の測定データを用いて表
わすことができ、Ｑ２とＲ２との間の距ＭＬ２について
も同様で＋　Ｄ２１　Ｘ２１　　ΔＸ２　のデータを用
いて表わすことができる。また、Ｒ１とＲ７との間の距
離もレーザ測長データｚ２とＺｌとの差（Ｚ、−Ｚ、）
として表わすことができる。したがって、加工物４の任
意の点Ｐ、における外径り。

１’；ＩＩ：、ＬｌとＬ２より比例計算によってり。を
求め、タッチセンサ１２によって得られる点ｐＨまでの
移動距ＩＩＩＩ！ＸＩ、と真直度Δｘ０とを差し引き演
算することによって求めることができる。すなわち、Ｄ
、は、 Ｄ、＝２　（Ｌｏ−Ｘ。−ΔＸ、）　　　−−−−−−
（１）で表わされる。

以上のように、あらかじめＺ＊ＩＩＩ全ストロークの真
直度と、基準点の外径り、、Ｄ２を測定しておけば、以
後は任意の位置での加工物４の外径測定が可能となる６ 第５図は加工物４の軸長測定原理図である。加工物４の
軸長測定対象点Ａ、Ｂｔｊｌｌ’ｌ定する場合、タッチ
センサ１２を用いてＡ、８点にタッチさせ、その間の移
動距離２Ａ、　２．の差（Ｚ、−ＺＡ）をとれば、求め
る軸長Ｈ＝　（Ｚ、−ＺＡ）として表わすことができる
はずであるが１図に示すように、キャリジ６が機械的が
たにより角ＱＡ、Ｑ、なる傾きを生じたとすると、単な
る（Ｚ、−Ｚ、）では誤差を発生する。そこで、傾き用
レーザ測長器ｌｏとＸ軸用レーザ測長器１１とを用いて
、Ａ、Ｂ両点テノデータＸＡｌｚｎｔ　θ１およびＸ、
、Ｚ、、θ３を求めることにより、演算補正して真の軸
長Ｈを求めるようにする。

第６図は軸長測定模式図であり、以下、第６図を用いて
さらに詳細な説明を行う。第６図において、求める軸長
寸法Ｈを一辺とする四角形ＡＡ’　Ｂ’　Ｂにおいて、
ＡＡ’はＸＡ、ＢＢ’はＸ。

Ａ’　Ｂ’　はＣＺｍ−Ｚ、）により求まり、かつ、角
ＡＡ’　ＢとＢＢ’Ａ’　とはそれぞれＯＡ、θ、によ
り求めることができ、四角形ＡＡ’　Ｂ’　Ｂ形状が決
定される。したがって寸法Ｈは、この四角形＾Ａ’　Ｂ
’　Ｂの幾何学的計算によって算出することができる。

この際、ＸＡ、Ｘ、を求める場合に、前述の軸径測定原
理を用いることはいうまでもない。

なお、加工物４の熱変形による測定精度への影響を最少
とするため、第１図に示す補正用インターフェース１４
とエアセンサ１５および加工物近傍に取り付けた物体温
度センサ１６−Ａ、１６−Ｂによりレーザ測定データは
常に自動補正し、加工物４が熱変形を生じても、各種レ
ーザ測長寸法が変化しないような構成としてある。

次に、第１図のマイクロコンピュータ１７における各種
演算を含めた各種処理の一実施例を第７図に示したフロ
ー、チャートを用いて説明する。

まず、■で機械を基準点に移動する０次に、■で各レー
ザ測長器をゼロリセットする。そして、ＣのでＺ軸全ス
トロークの真直度測定を行う。なお。

このときの真直度測定データの一洲を第８図に示しであ
るが、全ストロークの連続したデータは得られないので
、定められたピッチにより測定を行い、各ピッチ間の任
意の位置の真直度は比例計算によって求める。次に、■
では真直度データをマイクロコンピュータ１７に記憶す
る。■では真直度データを噴独でプリントアウトする。

また、■ではマイクロメータ、弓ゲージ等で基準径Ｄ工
。

Ｄ２を測定し、■でその測定データをマイクロコンピュ
ータ１７にキー人力する。一方、　ｔａｇ）ではタッチ
センサ１２によりＤｌ　をタッチし、■でタッチ信号に
よりＸ□、Ｚ□のデータをマイクロコンピュータ１７に
入力する。また、［相］でタッチセンサ１２によりＤ８
にタッチし、０でタッチ信号によりＸ、、　Ｚ、のデー
タをマイクロコンピュータ１７に入力する６　０では、
■、■、■、０のデータにより基準光軸ビームに対する
加工物相対位置をマイクロコンピュータ１７で演算する
６０では物体温度による加工物熱変形に対応して各レー
ザ測長器のデータを自動補正する。以上が初期データ入
力である。

次に、０では軸径測定か軸長測定かを選択する。これに
より、マイクロコンピュータ１７内の演算ソフトを変え
る。軸径測定の場合は、まず、Ｏで測定点まで機械移動
を行い、Ｏでタッチセンサ１２により測定点タッチを行
う、そして。

Ｏでタッチ信号によりＸｏ、　Ｚｏを入力し、測定点の
真直度Δｘ０　を演算し、さらに、基準光軸から加工物
軸心までの距ＩＮＩ　Ｌｏ　をマイクロコンピュータ１
７で演算する。ｏでは測定点の直径Ｄ０をマイクロコン
ピュータ１７で演算する。なお。

Ｏはレーザ測長器によるデータに自動補正を加えるため
のものである。０では加工物軸径り。

を表示し、ＯでＤｏ　をプリントする。以下、軸径測定
を繰り返す場合は、Ｏに戻る。

軸長測定の場合は、◎で測定点の一端Ａまで機械移動す
る。０でタッチセンサ１２によりＡ点をタッチし、０で
タッチ信号によりＺ＆ｌｘＡ。

θえをマイクロコンピュータ１７へ入力する。

Ｏで測定点の他端Ｂまで機械移動する。Ｏでタッチセン
サ１２でＢ点をタッチし、０でタッチ信号によりＺ、、
Ｘ、、　θ、をマイクロコンピュータ１７に入力する。

そして、０でマイクロコンピュータ１７により軸長Ｈを
演算する。なお、０は各測定時にデータに自動補正を加
えるためのものである。次に、ｏで加工物軸長Ｈを表示
し、ので軸長Ｈをプリントする。以下、軸長測定を繰り
返す場合はＯに戻る。

以上述べたように、本発明の実施例によれば、大型旋盤
における現在位置表示を利用して加工あるいは測定にお
いて、データに補正を加えるようにしであるので、加工
物４の軸径および軸長の測定を高精度、かつ、高能率で
行うことができる。

また、機械補正データと、各軸移動データとを比較する
ことにより、機械自身の精度診断が可能となり、適確な
機械精度修正をすることができる。

さらに、機械が数値制御されている場合は、補正データ
を制御装置に入力することにより、より高精度なＮＧ制
御が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、大型旋盤におけ
る現在位置表示を用いて加工、測定を行うときに、加工
物の段取誤差１機械の精度誤差。

熱変形誤差をすべて補正して高精度かつ高能率の加工物
測定を行うことができ、さらに、機械補正度修正をする
ことができ、なお、機械が数値制御されている場合は、
補正データを制御装置に入力して高精度なＮＧ制御が可
能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の旋盤加工物測定装置の一実施例を示す
全体構成図、第２図は第１図の、＠睡図、第３図は加工
物の軸径測定原理図、第４図は軸長測定模式図、第５図
は加工物の軸長測定原理図。 第６図は軸長測定模式図、第７図は第１図のマイクロコ
ンピュータにおける各種演算を含めた各種処理の一実施
例を示すフローチャート、第８図は久直度？ｌｌ’！定
データの一例を示す線図、第９図は大型旋盤における加
工物の段取誤差を示す説明図。 第１０図は大型旋盤における真直度誤差を示す説明図、
第１１図は大型旋盤における走行かたを示す説明図であ
る。 ４・・加工物、８・・・真直度用レーザｊ（１長器、９
・・Ｚ軸用レーザ測長器、１０山傾き用レーザ７１１’
！長な、１１・・Ｘ軸出レーザ測長器、［２・・・タッ
チセンサ、１３・・・インターフェース、１４・・・補
正用インダーフェース、１５・・・エアセンサ、、Ｌ６
−Ａ、１６−１３・・・物体温度センサ、１２・・・マ
イクロコンピユー（ほか１名）゛−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、旋盤加工物測定装置において、機械のＸ軸移動距離
   測定用センサと、Ｚ軸移動距離測定用センサと、Ｚ軸真
   直度測定用センサと、機械傾き測定用センサと、前記各
   センサの加工物の熱変形による測定誤差を補正するため
   の物体温度センサと、前記各センサからのデータを記憶
   するとともに必要な演算を行う演算装置と、該演算装置
   による演算結果を表示する表示装置と、前記演算装置へ
   のデータ入力信号を発生する前記機械に取り付けた前記
   加工物の必要部分にタッチさせるタッチセンサとを備え
   、前記加工物の段取誤差、前記機械の精度誤差および前
   記加工物の熱変形誤差を自動補正して前記加工物の軸径
   、軸長を測定する構成としてあることを特徴とする旋盤
   加工物測定装置。 ２、前記機械とは、旋盤のキャリジベッド上を摺動する
   キャリジである特許請求の範囲第１項記載の旋盤加工物
   測定装置。 ３、前記各測定用センサはレーザを用いた構成としてあ
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の旋盤加工物
   測定装置。