KR20200111116A - Apparatus and method for detecting shape - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은, 2019년 03월 18일에 출원된 일본 특허출원 제2019-050154호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-050154 for which it applied on March 18, 2019. The entire contents of the application are incorporated by reference in this specification.
본 발명은, 진직도(眞直度)의 측정을 행하는 형상측정장치 및 형상측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a shape measuring apparatus and a shape measuring method for measuring straightness.
축차3점법에 의하여 계측대상물의 표면형상을 구하여, 진직도의 측정을 행하는 형상측정장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).A shape measuring apparatus is known that obtains the surface shape of an object to be measured by a sequential three-point method and measures the straightness (see, for example, Patent Document 1).
상기 형상측정장치에서는, 예를 들면 3개의 검출광의 수발광부에 의하여 주사를 행하여, 검출광의 출사방향의 변위의 검출을 행하고 있다.In the shape measuring apparatus, for example, three detection light receiving and emitting portions are used to scan, and the displacement in the emission direction of the detection light is detected.
상기 측정에 있어서는, 고분해능이며 고정밀도의 변위검출이 높게 요구되고 있지만, 각 수발광부의 광학계는 외부의 온도변화의 영향을 받는 경우가 있어, 이것이 검출정밀도의 저하를 초래할 우려가 있었다.In the above measurement, high resolution and high-precision displacement detection is required, but the optical system of each light-receiving unit may be affected by external temperature changes, and this may lead to a decrease in detection accuracy.
본 발명은, 외부의 온도변화의 영향을 저감시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to reduce the influence of external temperature changes.
본 발명은, 주사방향으로 나열되어 마련된 3개의 측정자에 의하여 상기 주사방향으로 주사하여 측정대상물의 표면형상을 계측하는 형상측정장치로서, 상기 3개의 측정자를 단열재료 또는 단열부재에 내포한 구성으로 하고 있다.The present invention is a shape measuring device for measuring the surface shape of an object to be measured by scanning in the scanning direction by three measuring persons arranged in the scanning direction, and the three measuring elements are contained in a heat insulating material or a heat insulating member. have.
또, 본 발명은, 주사방향으로 나열되어 마련된 3개의 측정자에 의하여 상기 주사방향으로 주사하여 측정대상물의 표면형상을 계측하는 형상측정방법으로서, 상기 3개의 측정자를 단열재료 또는 단열부재에 내포한 상태로 계측하는 구성으로 하고 있다.In addition, the present invention is a shape measuring method for measuring the surface shape of an object to be measured by scanning in the scanning direction by three measuring persons arranged in the scanning direction, wherein the three measuring elements are embedded in a heat insulating material or a heat insulating member. It is configured to measure by.
본 발명에 의하면, 외부의 온도변화의 영향을 저감시키는 것이 가능해진다.According to the present invention, it becomes possible to reduce the influence of external temperature change.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 형상측정장치를 탑재한 공작기계를 나타내는 사시도이다.
도 2는 공작기계의 제어계를 나타내는 블록도이다.
도 3에 있어서, 도 3의 (a)는 단열재료로 이루어지는 단열부재를 제거한 상태의 헤드의 사시도, 도 3의 (b)는 단열부재를 갖는 상태의 헤드의 사시도이다.
도 4는 워크의 표면에 대한 주사를 행하는 경우의 개념도이다.
도 5에 있어서, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 워크의 표면까지의 거리 및 곡률의 산출의 설명도이다.
도 6은 단열부재의 예를 나타내는 단면도이다.1 is a perspective view showing a machine tool equipped with a shape measuring device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a control system of a machine tool.
In Fig. 3, Fig. 3(a) is a perspective view of the head in a state in which a heat insulating member made of a heat insulating material is removed, and Fig. 3(b) is a perspective view of the head in a state with a heat insulating member.
4 is a conceptual diagram when scanning is performed on the surface of a work.
In FIG. 5, FIG. 5(a) and FIG. 5(b) are explanatory diagrams for calculating the distance and curvature to the surface of the work.
6 is a cross-sectional view showing an example of a heat insulating member.
본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다.Embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
도 1은 발명의 실시형태로서의 형상측정장치(40)를 탑재한 공작기계(1)를 나타내는 사시도, 도 2는 공작기계(1)의 제어계를 나타내는 블록도이다. 도면 중, X축방향 및 Y축방향은 모두 수평이며 서로 직교하고, Z축방향은 X축방향 및 Y축방향에 직교하는 연직상하방향이다.1 is a perspective view showing a machine tool 1 equipped with a
[공작기계의 개요][Overview of machine tool]
공작기계(1)는, 워크의 일면을 연삭하는 이른바 연삭반이며, 기부(31a, 31b), 제1 칼럼(10), 제2 칼럼(20), 크로스레일(32), 새들(331), 숫돌헤드(332), 연삭장치(34), 형상측정장치(40), 및 측정대상물로서의 워크가 배치되는 테이블(36) 및 베드(35), 제어장치(60)를 구비하고 있다. 워크는, 연삭이 행해지는 가공대상물이다. The machine tool 1 is a so-called grinding machine for grinding one surface of a work, and
[베드][Bed]
베드(35)는, X축방향을 따른 도시하지 않은 한 쌍의 리니어가이드를 구비하고, 테이블(36)을 X축방향을 따라 이동 가능하게 지지하고 있다. 또, 베드(35)에는, 테이블(36)을 X축방향을 따라 반송하는 도시하지 않은 반송기구가 탑재되어 있다. 반송기구는, 동작량을 임의로 제어 가능한 테이블이송모터(351)(도 2 참조)를 구동원으로 하고 있어, 테이블(36)에 워크를 유지하여 X축방향으로 반송하는 것을 가능하게 하고 있다.The
다만, 이 반송기구는, 후술하는 3개의 측정자(41)를 워크(W)에 대하여 주사방향(X축방향)을 따라 상대적으로 이동시키는 주사기구로서도 기능한다.However, this conveyance mechanism also functions as an injector for relatively moving the three
또, 베드(35)의 Y축방향의 양측에는, 한 쌍의 기부(31a, 31b)가 돌출되도록 연결장비되어 있다. 일방의 기부(31a)에는 제1 칼럼(10)이 재치장비되고, 타방의 기부(31b)에는 제2 칼럼(20)이 재치장비되어 있으며, 각 칼럼(10, 20)의 하단부는, 볼트나 용접 등의 주지의 방법으로 기부(31a, 31b)에 고정되어 있다.In addition, on both sides of the
[제1 및 제2 칼럼][First and second column]
제1 칼럼(10) 및 제2 칼럼(20)은 베드(35)를 사이에 두고 Y축방향으로 나열되는 배치로 세워서 설치되어 있다. 그리고, 이들 칼럼(10, 20)의 상단부에는, 브래킷(32a)(제2 칼럼(20)측의 브래킷은 도시 생략)을 개재하여, 크로스레일(32)이 Y축방향으로 향한 상태로 고정지지되어 있다. 그리고, 각 칼럼(10, 20)의 상단부는, 볼트나 용접 등의 주지의 방법으로 크로스레일(32)에 고정되어 있다.The
[크로스레일][Cross Rail]
크로스레일(32)은, Y축방향으로 장척이며, 그 전면측에 있어서, 도시하지 않은 리니어가이드를 개재하여 새들(331)을 Y축방향으로 이동 가능하게 지지하고 있다.The
또, 크로스레일(32)에는, 새들(331)을 Y축방향을 따라 이동위치결정하는 도시하지 않은 반송기구가 탑재되어 있다. 이 반송기구는, 동작량을 임의로 제어 가능한 새들이동모터(321)(도 2 참조)를 구동원으로 하고 있어, 새들(331)을 Y축방향을 따라 임의로 이동위치결정할 수 있다.Further, the
새들(331)은, 숫돌헤드(332)를 지지하고, 숫돌헤드(332)는, 연삭장치(34)를 지지하고 있다. 한편, 크로스레일(32)의 새들이동모터(321)에 의한 새들(331)의 Y축방향의 이동제어와, 베드(35)의 테이블이송모터(351)에 의한 워크의 X축방향의 이동제어는 협동하여 행해진다. 이로써, 연삭장치(34)의 숫돌(34a)을 워크에 대하여, 상대적으로 X-Y평면의 임의의 위치로 이동위치결정할 수 있어, 워크의 전체면 또는 어느 위치에도 연삭가공을 행할 수 있다.The saddle 331 supports the grinding
[숫돌헤드 및 새들][Whetstone head and saddle]
숫돌헤드(332)는, 새들(331)을 개재하여 크로스레일(32)에 의하여 Y축방향으로 이동 가능하게 지지되고, 새들(331)에 의하여 Z축방향을 따라 승강 가능하게 지지되어 있다. 또, 숫돌헤드(332)는, 하단부에 연삭장치(34)를 지지하고 있다.The grinding
새들(331)은, 숫돌헤드(332)를 Z축방향을 따라 승강시키는 역할을 담당하는 것이다. The saddle 331 serves to lift the grinding
이 때문에, 새들(331)은, 도시하지 않은 리니어가이드에 의하여 숫돌헤드(332)를 Z축방향을 따라 이동 가능하게 지지하고 있다. 그리고, 새들(331)에는, 숫돌헤드(332)를 Z축방향을 따라 이동위치결정하는 도시하지 않은 반송기구가 탑재되어 있다. 이 반송기구는, 동작량을 임의로 제어 가능한 숫돌승강모터(333)를 구동원으로 하고 있어, 숫돌헤드(332)를 Z축방향을 따라 임의로 이동위치결정할 수 있다.For this reason, the saddle 331 supports the grinding
[연삭장치][Grinding device]
연삭장치(34)는, 숫돌헤드(332)의 하단부에 지지되어 있다.The
이 연삭장치(34)는, 공구로서, Y축 둘레로 회전구동되는 원판상 또는 원통상의 숫돌(34a)과, 숫돌(34a)을 회전시키는 숫돌회전모터(341)를 갖는다. 숫돌(34a)은, 숫돌헤드(332)의 하단부의 우단에 배치되어 있다. 이 숫돌(34a)은, 숫돌회전모터(341)에 의한 회전구동에 의하여 그 외주를 워크에 슬라이딩접촉시켜 연삭을 행한다.This
[형상측정장치][Shape measuring device]
형상측정장치(40)는, 이른바 분광간섭계이며, 연삭장치(34)에 의하여 연삭된 워크의 연삭면에 대하여, 3점법에 의하여 표면형상을 측정한다.The
형상측정장치(40)는, 3개의 측정자(41)를 구비하는 헤드(42)와, 3개의 광원(411)과, 3개의 수광소자(412)를 구비하고 있다.The
측정자(41)는, 광전도부재로서의 광파이버(413)를 개재하여 광원(411) 및 수광소자(412)에 접속되어 있다. 즉, 광파이버(413)가 개재하여 광원(411) 및 수광소자(412)는, 측정자(41)로부터 이격하여 마련되어 있다.The
광원(411)은, 예를 들면 SLD 소자(Super Luminescent Diode)이며, 미리 정해진 복수 종류의 파장의 검출광을 출력한다. 검출광은, 광파이버(413)를 통하여 측정자(41)로 보내진다.The
측정자(41)는, 투광소자이며, 광원(411)으로부터의 검출광을 워크에 향해진 출력면으로부터 워크를 향하여 투광함과 함께, 워크로부터의 반사광을 출력면에 있어서 수광한다.The
측정자(41)의 내부에서는, 출력면에서 내부반사한 검출광과 워크로부터의 반사광의 간섭광이 발생한다. 이 간섭광은, 광파이버(413)를 통하여 수광소자(412)에 보내진다.In the interior of the measuring
수광소자(412)는, 예를 들면 CCD이며, 측정자(41)로부터의 간섭광을 도시하지 않은 분광기를 개재하여 수광한다. 분광기는, 미리 정해진 복수 종류의 파장광으로 분광하고, 수광소자(412)는, 각 파장광의 광강도를 개별적으로 검출함과 함께 제어장치(60)에 입력한다.The light-receiving
측정자(41)는, 간섭광의 각 파장광의 광강도로부터, 출력면부터 워크의 표면까지의 Z축방향의 거리를 검출할 수 있다.The
도 3은 헤드(42)의 사시도이며, 도 3의 (A)는 단열재료로 이루어지는 단열부재(43)를 제거한 상태, 도 3의 (B)는 단열부재(43)를 갖는 상태를 나타낸다. 도 3에 있어서의 X축방향, Y축방향 및 Z축방향의 기재는, 헤드(42)를 숫돌헤드(332)에 장착한 상태에 있어서의 방향을 나타내고 있다.Fig. 3 is a perspective view of the
헤드(42)는, 도시와 같이, 3개의 측정자(41)와, 이들을 개별적으로 사이에 두고 유지하는 고정지그(414)와, 각 고정지그(414)를 개재하여 3개의 측정자(41)를 일체적으로 지지하는 지그(421)와, 지그(421)에 고정장비된 지지부재(422)와, 지지부재(422)를 개재하여 각 측정자(41)를 지지하는 기대(423)와, 기대(423)를 숫돌헤드(332)의 표면에 장착하는 흡착블록(424)을 구비하고 있다.As shown in the figure, the
지그(421)는, 장척인 직사각형상의 블록이며, 바닥부에 마련된 개구부에 의하여 출력면을 노출시킨 상태로 3개의 측정자(41)가 매립장비되어 있다.The
지그(421)는, 그 길이방향이 Y축방향에 평행으로 향해져 있다. 그리고, 이 지그(421)에 의하여, 3개의 측정자(41)는, Y축방향에 대하여 균일간격으로 배치되어 있다.In the
또, 지그(421)는, 모두 검출광의 광축이 Z축방향에 평행이 되도록 3개의 측정자(41)를 유지한다.In addition, the
이로써, 3개의 측정자(41)는, Z축방향에 있어서의 거리검출을 행할 수 있다.Thereby, the three measuring
또, 지그(421)는, 예를 들면 슈퍼 인바(super invar)(등록상표)와 같은, 열팽창율이 매우 작은 불변강(不變鋼) 등의 금속재료로 형성되어 있다. 이로써, 주위의 환경온도에 의한 각 측정자(41)의 간격이나 출력면의 상대적인 위치변동을 억제하고 있다.Further, the
지지부재(422)는, 사다리꼴의 판형부재이며, 볼트나 나사고정장치 등의 수단에 의하여 지그(421)에 대하여 고정적으로 연결되어 있다. 또, 지지부재(422)는 지그(421)로부터 분리할 수도 있다.The
기대(423)는, X-Y평면을 따른 평판상의 대좌와 당해 대좌로부터 늘어뜨려진 2개의 암으로 이루어지고, 암의 하단부에는 지지부재(422)가 연결되어 있다.The
기대(423)는, 지지부재(422)를 나사와 도시하지 않은 긴 구멍 등의 구조에 의하여 Y축 둘레로 각도조절 가능하게 하고 있다. 이 각도조절에 의하여, 지지부재(422)를 개재하여 지그(421)를 회동(回動)시킬 수 있고, 각 측정자(41)의 검출광의 광축의 방향이나 각 측정자(41)의 출력면의 Z축방향의 높이를 조정할 수 있다.The
각 흡착블록(424)은, 영구자석을 내장하고 있고, 외부에 마련된 손잡이를 회전조작함으로써, 영구자석에 의한 흡인력의 유무를 전환할 수 있다.Each
즉, 헤드(42)는, 공작기계(1)에 대하여 착탈 가능하고, 각 흡착블록(424)을 이용하여, 헤드(42)를 숫돌헤드(332) 등의 표면의 적절한 위치에 장착할 수 있다.That is, the
각 흡착블록(424)에 의한 헤드(42)의 장착 시에는, 지그(421) 및 각 측정자(41)가 적정한 방향 및 배치가 되도록 적절히 조정되고, 기대(423)-지지부재(422) 간의 각도조정에 의하여 더 정확하게 조정된다.When the
또, 헤드(42)의 3개의 측정자(41), 고정지그(414) 및 지그(421)에는, 단열구조가 형성되어 있다.In addition, the three measuring
구체적으로는, 도 3의 (B)에 나타내는 바와 같이, 3개의 측정자(41), 고정지그(414) 및 지그(421)는, 단열부재(43)에 내포된 상태로 되어 있다.Specifically, as shown in FIG. 3B, the three measuring
단열부재(43)는, 3개의 측정자(41), 고정지그(414) 및 지그(421)의 표면의 전체(각 측정자(41)의 광파이버의 접속부분을 제외함)를 피복하고 있다. 이 단열부재(43)에는, 각 측정자(41)의 출력면의 출사측에 검출광의 출사 또는 반사광의 입사를 행하기 위한 개구부(431)가 형성되어 있다.The
다만, 단열부재(43)는, 도시와 같이, 블록상의 단열부재(43)의 내측에 3개의 측정자(41) 및 지그(421)가 감합(嵌合)하는 오목부를 형성하고, 당해 오목부에 3개의 측정자(41) 및 지그(421)를 격납하는 구조로 해도 되고, 시트상의 1개의 단열부재(43)에 의하여, 3개의 측정자(41) 및 지그(421)의 표면 전체를 감싸는 구조로 해도 된다. 이 경우, 3개의 측정자(41)의 사이에 공간이 생기므로, 동일 공간내에서 각 측정자(41) 간의 측정환경이 평균화되어, 각 측정자(41) 간의 편차가 저감된다.However, as shown in the figure, the
또, 발포성의 단열재료를 3개의 측정자(41) 및 지그(421)의 표면에 분사해도 된다. 이 경우, 간단하게 측정자(41)를 단열재료로 피복할 수 있다.Further, a foamable heat insulating material may be sprayed onto the surfaces of the three
또, 도시는 하지 않지만 측정자(41)를 각각 개별적으로 단열재료 또는 단열부재로 감싸는 구조로 해도 된다. 단 이 경우, 센서 자체의 편차를 교정한 다음 계측을 행하는 것이 바람직하다.In addition, although not shown, the measuring
각 측정자(41)를 피복하는 단열재료로서는, 섬유계 단열재인 글라스 울, 로크 울, 셀룰로스 섬유, 탄화 코르크, 양모 단열재 등이나, 발포계 단열재인 유레테인 폼, 페놀 폼, 폴리스타이렌 폼 등의 이른바 단열재로 불리는 소재가 바람직하지만, 이들에 한정되지 않는다. 예를 들면, 열전도율이 5.0[W/mk] 이하, 바람직하게는 1.0[W/mk] 이하, 보다 바람직하게는 0.5[W/mk] 이하인 다른 단열성의 소재를 이용해도 된다.As the insulating material covering each of the measuring
이 단열부재(43)에 의하여, 3개의 측정자(41), 고정지그(414) 및 지그(421)는, 바깥 공기로부터 단열되어, 외부의 환경온도로부터 받는 영향의 저감이 도모되고 있다.By this
[제어장치][Control device]
제어장치(60)는, 공작기계(1)를 전체적으로 통괄제어하기 위한 장치이며, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 그 외의 불휘발성 메모리 등을 구비한 컴퓨터이다.The
제어장치(60)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 전술한 테이블이송모터(351), 새들이동모터(321), 숫돌승강모터(333), 숫돌회전모터(341)와 전기적으로 접속되어 있으며, 이들의 구동을 제어할 수 있다.The
또, 제어장치(60)는, 형상측정장치(40), 표시장치(61), 입력장치(62)와 접속되어 있다.Further, the
표시장치(61)는, 각종 정보를 표시하기 위한 장치이며, 예를 들면 액정 디스플레이 등이다.The
입력장치(62)는, 공작기계(1)에 각종 정보나 각종 지령을 입력하기 위한 입력 인터페이스이다.The
상기 제어장치(60)는, 연삭제어부(63), 형상측정처리부(64)를 구비하고 있다.The
제어장치(60)는, 예를 들면 연삭제어부(63) 및 형상측정처리부(64)로서의 기능에 대응하는 각종 프로그램을 ROM에 격납하고 있고, CPU가 각각의 프로그램을 실행함으로써, 연삭제어부(63) 및 형상측정처리부(64)로서의 기능을 실현시킨다. 다만, 연삭제어부(63), 형상측정처리부(64)로서의 회로를 개별적으로 마련하여, 하드웨어에 의하여 실현되는 구성으로 해도 된다.The
연삭제어부(63)는, 공작기계(1)에 의한 워크의 연삭가공에 있어서의 동작제어를 실행한다. The
예를 들면, 전술한 입력장치(62)에 의하여, 미리 숫돌의 회전수, 연삭깊이, 연삭범위 등의 각종 가공조건이 입력되면, 연삭제어부(63)는, 테이블이송모터(351), 새들이동모터(321), 숫돌승강모터(333), 숫돌회전모터(341)를 제어하고, 입력된 가공조건에 근거하는 연삭가공을 실행한다.For example, when various processing conditions, such as the number of revolutions, grinding depth, and grinding range, are input in advance by the above-described
형상측정처리부(64)는, Y축방향으로 3개의 측정자(41)를 주사했을 때의 검출출력으로부터 3점법에 의하여 워크의 표면형상을 측정하는 처리를 행한다.The shape
도 4는 워크(W)의 표면에 대한 주사를 행하는 경우의 개념도, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 워크(W)의 표면까지의 거리 및 곡률의 산출의 설명도이다. 다만, 도 4 및 도 5에서는 3개의 측정자(41)를 구별하기 위하여, 이들 부호를, 주사방향상류측(워크(W)의 반송방향하류측)부터 순서대로 41a, 41b, 41c로 한다.Fig. 4 is a conceptual diagram when scanning is performed on the surface of the work W, and Figs. 5A and 5B are explanatory views for calculating the distance and curvature to the surface of the work W. However, in Figs. 4 and 5, in order to distinguish the three measuring
도 4~도 5의 (b)에 근거하여 형상측정처리부(64)가 실행하는 측정방법의 내용을 설명한다.Contents of the measurement method executed by the shape
형상측정처리부(64)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 형상측정 시에 있어서, 테이블이송모터(351)를 제어하여, 규정의 속도로 워크(W)를 Y축방향을 따라 반송한다. 이 상태에서, 3개의 측정자(41)에 의하여 규정의 주기로 형상측정을 실행함으로써, 워크(W)의 표면에 대한 주사가 실행된다.As shown in Fig. 4, the shape
측정자(41a, 41b, 41c)는, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 간격 P로 X축방향으로 일렬로 배치되어 있다. 이 때의 워크(W)의 표면상의 a점, b점, c점까지의 Z축방향의 거리를 측정한다.The measuring
측정자(41a, 41b, 41c)에 의하여 구해지는 각 측정자(41a, 41b, 41c)의 출력면부터 워크(W)의 표면까지의 Z축방향을 따른 거리를 각각 A, B, C로 하면, b점부터 선분 ac까지의 Z축방향을 따른 거리(갭 g라 함)는, 다음 식 (1)에 의하여 구해진다.If the distances along the Z-axis direction from the output surface of each
g=B-(A+C)/2 …(1)g=B-(A+C)/2 … (One)
한편, 워크(W)의 표면의 b점에 있어서의 변위 z의 2차 미분(d2z/dx2)은, b점의 곡률(1/r)이며, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 선분 ab의 기울기(dzab/dx)와, 선분 bc의 기울기(dzbc/dx)의 사이에 다음 식 (2)가 성립한다.On the other hand, the second derivative (d 2 z/dx 2 ) of the displacement z at the point b of the surface of the work W is the curvature (1/r) at the point b, as shown in Fig. 5(b) Similarly, the following equation (2) holds between the slope of the line segment ab (dz ab /dx) and the slope of the line segment bc (dz bc /dx).
[수학식 1][Equation 1]
선분 ab의 기울기(dzab/dx)는 다음 식 (3)으로 구해지고, 선분 bc의 기울기(dzbc/dx)는 다음 식 (4)로 구해진다.The slope of the line segment ab (dz ab /dx) is obtained by the following equation (3), and the slope of the line segment bc (dz bc /dx) is obtained by the following equation (4).
따라서, 상기 식 (2)에 다음 식 (3), (4)를 대입하고, 다시 식 (1)을 대입하면, 다음 식 (5)가 구해진다. 따라서, 변위 z의 2차 미분인 b점의 곡률은, 갭 g 및 측정자(41a, 41b, 41c)의 간격 P로부터 구할 수 있다.Therefore, if the following equations (3) and (4) are substituted into the above equation (2) and the equation (1) is substituted again, the following equation (5) is obtained. Accordingly, the curvature of the point b, which is the second derivative of the displacement z, can be obtained from the gap g and the interval P between the measuring
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3][Equation 3]
[수학식 4][Equation 4]
측정자(41a, 41b, 41c)의 간격 P는 이미 알고 있으며, 미리 제어장치(60)의 메모리에 기록해 둘 수 있다.The interval P between the measuring
형상측정처리부(64)는, 주사 시에, 각 측정자(41a, 41b, 41c)에 의한 검출출력으로부터 거리 A, B, C를 취득하고, 식 (1)에 근거하여 갭 g를 산출한다. 또한, 메모리로부터 간격 P의 값을 읽어냄과 함께, 식 (5)에 근거하여 곡률을 산출한다. 그리고, 구해진 곡률을 적분피치로 2차 적분함으로써, 임의의 x점에 있어서의 변위 z를 구할 수 있다. 적분피치는, 예를 들면 주사 시에 있어서의 X방향의 각 측정자(41a, 41b, 41c)의 데이터취득간격(주사속도×샘플링주기) 등이다.At the time of scanning, the shape
[공작기계의 동작][Machine tool operation]
제어장치(60)는, 연삭제어부(63)의 제어하에, 설정된 연삭깊이가 되도록 숫돌승강모터(333)를 구동하고, 설정된 숫돌의 회전수로 숫돌회전모터(341)의 구동을 실행한다.The
그리고, 테이블이송모터(351)에 의하여 연삭장치(34)의 숫돌(34a)을 워크에 대하여 상대적으로 X축방향으로 보내면서 연삭을 실행한다. 또한, 새들이동모터(321)의 구동에 의하여 숫돌(34a)을 소정의 거리단위로 Y축방향으로 이동시키면서, X축방향의 연삭을 반복하며, 워크(W)에 대하여, 설정된 연삭범위의 연삭을 실행한다.Then, grinding is performed while the grinding
다음으로, 제어장치(60)는, 연삭 후의 워크(W)에 대하여, 가공면의 곡률 및 평면도의 검출을 행한다.Next, the
즉, 테이블이송모터(351) 및 새들이동모터(321)의 구동에 의하여, 숫돌헤드(332)에 장착된 헤드(42)의 각 측정자(41)의 검출위치가 워크(W)의 검색범위의 개시위치가 되도록 헤드(42)와 워크(W)의 상대적인 위치결정을 행한다. 또, 숫돌승강모터(333)를 구동하여 각 측정자(41)의 출력면이 규정의 높이가 되도록 조정한다.That is, by the driving of the
그리고, 테이블이송모터(351)에 의하여 워크(W)를 소정의 속도로 반송하고, X축방향을 주사방향으로 하여, 각 측정자(41)에 있어서 소정의 샘플링주기로 Z축방향의 거리 A, B, C를 검출한다. 이에 근거하여, 연삭범위의 주사방향의 전장에 걸쳐 갭 g를 산출한다.Then, the work W is conveyed at a predetermined speed by the
또한, 새들이동모터(321)의 구동에 의하여 숫돌(34a)을 소정의 거리단위로 Y축방향으로 이동시키면서, X축방향의 연삭범위 전체에 걸쳐 곡률 및 변위 z를 구하고, 연삭범위 전체의 평면도를 측정한다.In addition, while moving the
[발명의 실시형태의 기술적 효과][Technical effect of the embodiment of the invention]
상기 공작기계(1)는, X축방향(주사방향)으로 나열되어 마련된 3개의 측정자(41)에 의하여 주사방향으로 주사하여 워크의 표면형상으로서의 평면도를 계측하는 형상측정장치(40)를 구비하고 있고, 당해 형상측정장치(40)의 3개의 측정자(41)는, 단열부재(43)에 내포되어 있다.The machine tool 1 includes a
이 때문에, 3개의 측정자(41)는, 단열부재(43)에 내포된 상태로 계측이 행해져, 각 측정자(41)에 대하여, 주위의 환경온도변화의 영향을 저감시켜, 곡률이나 변위에 대하여 정밀도가 높은 검출을 행하는 것이 가능해진다.For this reason, the measurement is performed in the state that the three measuring
또, 형상측정장치(40)는, 3개의 측정자(41)를 이용하여, 3점법에 의하여 워크(W)의 표면형상을 계측하고 있으므로, 각 측정자(41)의 Z축방향의 운동오차나 피칭운동오차를 상쇄하여, 정밀도가 높은 검출을 행하는 것이 가능해진다.In addition, since the
또한, 각 측정자(41)의 온도특성이 개별적으로 다른 것 같은 경우여도, 단열부재(43)가 개개의 측정자(41)의 환경온도의 영향을 저감시키므로, 검출정밀도의 저하를 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.In addition, even in the case that the temperature characteristics of each measuring
또, 단열부재(43)는, 3개의 측정자(41)를 일체적으로 지지하는 지그(421)도 내포하고 있으므로, 지그(421)에 대한 환경온도변화의 영향을 저감시킬 수 있어, 가일층의 정밀도가 높은 검출을 행하는 것이 가능해진다.In addition, since the
또, 단열부재(43)는, 지지부재(422)와 지그(421)를 합하여 피복하므로, 형상측정장치(40) 전체를 덮는 경우보다 비용을 저감시키는 것이 가능하다. 또, 기대(423)는 단열부재(43)에 의하여 피복되어 있지 않기 때문에, 먼저 지지부재(422) 및 지그(421)를 단열부재(43)로 합하여 피복한 후에, 이들을 기대(423)에 접속할 수 있어, 형상측정장치(40) 전체를 피복부재(43)로 피복하는 것보다 간단하게 단열부재(43)를 설치하는 것이 가능하다. In addition, since the
또, 공작기계(1)는, 테이블이송모터(351)에 의하여, 3개의 측정자(41)를 워크(W)에 대하여 주사방향을 따라 상대적으로 이동시키는 반송기구를 가지므로, 3점법에 있어서의 3개의 측정자(41)의 주사를 양호하게 행하는 것이 가능하다.In addition, the machine tool 1 has a conveying mechanism that moves the three measuring
또, 3개의 측정자(41)는, 모두 광원(411)이 광파이버(413)를 개재하여 단열부재(43)의 외부에 이격하여 마련되어 있으므로, 광원(411)이 열을 발생시키는 경우여도, 단열부재(43) 내의 온도의 영향을 충분히 저감시킬 수 있어, 정밀도가 높은 검출을 행하는 것이 가능하다.In addition, since the three
[그 외][etc]
이상, 본 발명의 각 실시형태에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 공작기계(1)로서 연삭반을 예시했지만, 가공 후의 워크(W)의 표면형상을 측정하는 용도가 있는 다른 공작기계에도 형상측정장치(40)는 탑재 가능하다. 예를 들면, 절삭반 등에도 형상측정장치(40)를 탑재 가능하다.In the above, each embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, although the grinding plate was illustrated as the machine tool 1, the
또, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이, 3개의 측정자(41)나 고정지그(414) 및 지그(421)를 복수의 단열부재로 구성된 단열구조(43A)에 내포하는 구성으로 해도 된다.Further, for example, as shown in Fig. 6, the three measuring
예를 들면, 단열구조(43A)는, 3개의 측정자(41)나 고정지그(414) 및 지그(421)를 내부에 격납하는 단열부재로서의 내측층(432A)과, 내측층(432A)의 전체를 내측에 격납하는 단열부재로서의 외측층(433A)을 갖는 2층 구조로 하고, 내측층(432A)과 외측층(433A)의 사이의 중공 에어리어를 진공화하여 진공단열구조를 구성한다. 또, 이 경우도, 각 측정자(41)의 출력면측에는, 검출광이나 반사광이 통과하는 개구부(431A)를 마련하는 것이 바람직하다.For example, the
이 경우, 내측층(432A)과 외측층(433A)의 사이에 진공층을 마련함으로써 외부와의 효과적인 단열을 도모하는 것이 가능하다.In this case, by providing a vacuum layer between the
또, 내측층(432A) 및 외측층(433A) 그 자체는 단열재료로서 형성하지 않아도, 단열효과를 얻을 수 있다. 따라서, 예를 들면 내측층(432A) 및 외측층(433A)을, 가공이 용이하며 강도를 얻기 쉬운 금속재료로 형성해도 된다.Moreover, even if the
이들 구성의 경우도, 3개의 측정자(41)는, 단열구조(43A)에 의하여 주위의 환경온도변화의 영향을 저감시켜, 곡률이나 변위에 대하여 정밀도가 높은 검출을 행하는 것이 가능해진다.Even in the case of these configurations, the three measuring
또, 전술한 헤드(42)에서는, 지그(421)와 지지부재(422)가 직접적으로 접촉하여 연결되어 있는 경우를 예시했지만, 이들 사이에도 단열재료를 개재하여, 열전달을 억제하는 구성으로 해도 된다.In addition, in the above-described
또, 각 측정자(41)로부터 광원(411) 및 수광소자(412)를 접속하는 광파이버(413)도 단열재료 등에 의하여 주위로부터 단열을 도모해도 된다.Further, the
1 공작기계
34 연삭장치
34a 숫돌
35 베드
36 테이블
40 형상측정장치
41 측정자
41a, 41b, 41c 측정자
42 헤드
421 지그
43 단열부재
43A 단열구조
60 제어장치
63 연삭제어부
64 형상측정처리부
351 테이블이송모터
332 숫돌헤드
411 광원
412 수광소자
413 광파이버(광전도부재)
W 워크(측정대상물)1 machine tool
34 Grinding device
34a whetstone
35 beds
36 tables
40 Shape measuring device
41 measurer
41a, 41b, 41c measurer
42 head
421 jig
43 Insulation member
43A insulation structure
60 control unit
63 fisherman
64 Shape measurement processing unit
351 Table transfer motor
332 Whetstone Head
411 light source
412 light receiving element
413 Optical fiber (photoconductive member)
W work (object to be measured)
Claims (7)
상기 3개의 측정자를 단열재료 또는 단열부재에 내포한 형상측정장치.A shape measuring device for measuring the surface shape of an object to be measured by scanning in the scanning direction by three measuring persons arranged in a scanning direction,
A shape measuring device in which the three measuring elements are embedded in an insulating material or a heat insulating member.
상기 3개의 측정자를 이용하여, 3점법에 의하여 측정대상물의 표면형상을 계측하는 형상측정장치.The method of claim 1,
A shape measuring device for measuring the surface shape of an object to be measured by using the three measuring devices.
상기 3개의 측정자를 일체적으로 지지하는 지그를 구비하고,
상기 3개의 측정자를 상기 지그와 함께 상기 단열재료 또는 상기 단열부재에 내포한 형상측정장치.The method according to claim 1 or 2,
It has a jig that integrally supports the three measuring elements,
A shape measuring device in which the three measuring elements are embedded in the heat insulating material or the heat insulating member together with the jig.
상기 3개의 측정자를, 1개의 상기 단열부재로 덮은 형상측정장치.The method according to claim 1 or 2,
A shape measuring device in which the three measuring elements are covered with one of the heat insulating members.
상기 3개의 측정자를 상기 측정대상물에 대하여 상기 주사방향을 따라 상대적으로 이동시키는 주사기구를 구비하는 형상측정장치.The method according to claim 1 or 2,
A shape measuring device comprising a syringe tool for relatively moving the three measuring elements along the scanning direction with respect to the measurement object.
상기 3개의 측정자는, 모두 광원이 광전도부재를 개재하여 상기 단열재료 또는 상기 단열부재의 외부에 이격하여 마련되어 있는 형상측정장치.The method according to claim 1 or 2,
The shape measuring apparatus in which all of the three measuring elements have a light source interposed between a photoconductive member and spaced apart from the outside of the insulating material or the insulating member.
상기 3개의 측정자를 단열재료 또는 단열부재에 내포한 상태로 계측하는 형상측정방법.A shape measuring method for measuring the surface shape of an object to be measured by scanning in the scanning direction by three measuring persons arranged in a scanning direction,
A shape measurement method for measuring the three measuring elements in a state of being embedded in a heat insulating material or a heat insulating member.
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