(57)【要約】【課題】加工装置内部で実施可能な表面粗さの測定方法、表面粗さ測定装置を提供し、表面粗さの測定をインプロセスで実施する加工装置を提供する。【解決手段】加工装置の主軸２１に装着可能であり、被加工物に加工された円筒状穴に測定時に挿入されて、周方向に回転する円筒状の計測ヘッド５１に、２つの接触式距離センサ５５を互いに１８０°対向して設けると共に、エアマイクロメータ用の２つのエアノズル５６を互いに１８０°対向して設け、２つの接触式距離センサ５５により円筒状穴の第１の内径Ａを周方向に沿って求め、エアマイクロメータにより円筒状穴の第２の内径Ｂを周方向に沿って求め、同じ周方向位置における差分（Ｂ−Ａ）から、当該周方向位置における表面粗さを求める。【選択図】図２
2010052103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面までの距離を測定する接触式距離センサと、
エアノズルから前記測定対象物の表面に向けてエアを噴出すると共に、噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記測定対象物の表面までの距離を測定するエアマイクロメータとを用いて、
前記エアマイクロメータで測定された距離から前記接触式距離センサで測定された距離を減算することにより、前記測定対象物の表面粗さを求めることを特徴とする表面粗さの測定方法。
【請求項２】
被加工物に加工された円筒状穴に測定時に挿入されて、周方向に回転する円筒状の計測ヘッドに設けられ、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定する少なくとも１つの接触式距離センサと、
前記接触式距離センサと同一周上の前記計測ヘッドの外周面に設けられた少なくとも１つのエアノズルから前記円筒状穴の内周面に向けてエアを噴出すると共に、噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定するエアマイクロメータとを用い、
前記接触式距離センサで測定された距離から、前記円筒状穴の第１の内径を求めると共に、前記エアマイクロメータで測定された距離から、前記円筒状穴の第２の内径を求め、同じ周方向位置において、前記第２の内径から前記第１の内径を減算することにより、当該周方向位置における前記円筒状穴の内周面の表面粗さを求めることを特徴とする表面粗さの測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の表面粗さの測定方法において、
前記接触式距離センサを互いに１８０°対向して２つ設け、当該２つの接触式距離センサで測定された距離から、前記第１の内径を求め、
前記エアノズルを互いに１８０°対向すると共に連通させて２つ設け、当該２つのエアノズルから噴出されたエアの圧力から、前記第２の内径を求めることを特徴とする表面粗さの測定方法。
【請求項４】
測定対象物の表面までの距離を測定する接触式距離センサと、
前記測定対象物の表面に向けてエアを噴出するエアノズルと、
前記エアノズルにエアを供給すると共に、前記エアノズルから前記測定対象物の表面に向けて噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記測定対象物の表面までの距離を測定するエアマイクロメータと、
前記エアマイクロメータで測定された距離から前記接触式距離センサで測定された距離を減算することにより、前記測定対象物の表面粗さを求める演算手段とを有することを特徴とする表面粗さ測定装置。
【請求項５】
被加工物に加工された円筒状穴に測定時に挿入されて、周方向に回転する円筒状の計測ヘッドと、
前記計測ヘッドに設けられ、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定する少なくとも１つの接触式距離センサと、
前記接触式距離センサと同一周上の前記計測ヘッドの外周面に設けられ、前記円筒状穴の内周面に向けてエアを噴出する少なくとも１つのエアノズルと、
前記エアノズルにエアを供給すると共に、前記エアノズルから前記円筒状穴の内周面に向けて噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定するエアマイクロメータと、
前記接触式距離センサで測定された距離から、前記円筒状穴の第１の内径を求めると共に、前記エアマイクロメータで測定された距離から、前記円筒状穴の第２の内径を求め、同じ周方向位置において、前記第２の内径から前記第１の内径を減算することにより、当該周方向位置における前記円筒状穴の内周面の表面粗さを求める演算手段とを有することを特徴とする表面粗さ測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の表面粗さ測定装置において、
前記接触式距離センサを互いに１８０°対向して２つ設け、
前記エアノズルを互いに１８０°対向すると共に連通させて２つ設け、
前記演算手段は、
前記２つの接触式距離センサで測定された距離から、前記第１の内径を求めると共に、前記２つのエアノズルから噴出されたエアの圧力から、前記第２の内径を求めることを特徴とする表面粗さ測定装置。
【請求項７】
主軸に装着される加工具が交換可能な加工装置において、
前記主軸に装着可能であり、被加工物に加工された円筒状穴に測定時に挿入されて、周方向に回転する円筒状の計測ヘッドと、
前記計測ヘッドに設けられ、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定する少なくとも１つの接触式距離センサと、
前記接触式距離センサと同一周上の前記計測ヘッドの外周面に設けられ、前記円筒状穴の内周面に向けてエアを噴出する少なくとも１つのエアノズルと、
前記主軸を貫通して設けられ、前記計測ヘッドの装着時に前記エアノズルと連通するエア供給路と、
前記エア供給路を介して、前記エアノズルにエアを供給すると共に、前記エアノズルから前記円筒状穴の内周面に向けて噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定するエアマイクロメータと、
前記接触式距離センサで測定された距離から、前記円筒状穴の第１の内径を求めると共に、前記エアマイクロメータで測定された距離から、前記円筒状穴の第２の内径を求め、同じ周方向位置において、前記第２の内径から前記第１の内径を減算することにより、当該周方向位置における前記円筒状穴の内周面の表面粗さを求める演算手段とを有することを特徴とする加工装置。
【請求項８】
請求項７に記載の加工装置において、
前記接触式距離センサを互いに１８０°対向して２つ設け、
前記エアノズルを互いに１８０°対向すると共に連通させて２つ設け、
前記演算手段は、
前記２つの接触式距離センサで測定された距離から、前記第１の内径を求めると共に、前記２つのエアノズルから噴出されたエアの圧力から、前記第２の内径を求めることを特徴とする加工装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の加工装置において、
前記計測ヘッドに設けられ、前記接触式距離センサで測定した前記第１の内径のデータを無線で送信する無線送信手段と、
無線で送信された前記第１の内径のデータを受信して、前記演算手段へ入力する無線受信手段とを有することを特徴とする加工装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか１つに記載の加工装置において、
前記演算手段からの情報に基づいて、当該加工装置を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記演算手段で求めた前記表面粗さが、予め設定した範囲内に無い場合には、被加工物に再度加工を行うか、若しくは、次の被加工物の加工を中止することを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面粗さの測定方法及び表面粗さ測定装置に関し、又、被加工物への加工を行うと共に、加工後の被加工物の表面粗さを測定可能な加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの加工装置において、被加工物（以降、ワークと呼ぶ。）に対するボーリング加工を行った後にホーニング加工を行う複合型の加工装置が知られている。ワークとして、シリンダブロックを例にとって、図６（ａ）を参照して説明する。加工装置８１において、シリンダブロック８２にボア８２ａを形成する際には、ボーリングヘッド８３のバイト８４によりボーリング加工が行われる。その後、ボーリングヘッド８３がホーニングヘッド８５へ交換されて、ボーリング加工されたボア８２ａに対して、ホーニングヘッド８５の砥石８６によりホーニング加工が行われる。
【０００３】
又、加工精度を向上させるために、ホーニングヘッドにエアマイクロメータ設けて、ボアの内径を測定し、その測定値をフィードバックして加工を行うことで、所望の真円度を得ようとする加工装置もある（特許文献１、２）。但し、このような加工装置においても、ボア内周面の表面粗さの測定は、加工装置内部でできない。そのため、図６（ｂ）に示すように、加工済みのシリンダブロック８２を加工装置から取り外した後、別途設置してある接触式表面粗さ測定器８７を用い、人手によりボア８２ａの内周面の表面粗さの測定を行っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１３６１９号公報
【特許文献２】特開平７−３２８８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、ボア内周面の表面粗さ測定は、加工装置の外部において、人手により測定されているため、時間とコストがかかる。特に、多量生産ラインでは、全数測定が難しいため、例えば、全数の目視検査だけを行い、目視検査に引っ掛かったもののみを抜き取って、表面粗さ測定を行わざるを得ない。ところが、ボア内周面の表面粗さは、砥石の磨耗、目詰まり、割れ等が左右するため、個々の表面粗さ測定をインプロセスで行い、その測定結果をフィードバックできないと、十分な品質管理ができないおそれがある。従って、表面粗さ測定まで含めて全自動化された加工装置が望まれている。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、加工装置内部で実施可能な表面粗さの測定方法、表面粗さ測定装置を提供すること、表面粗さの測定をインプロセスで実施する加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する第１の発明に係る表面粗さの測定方法は、
測定対象物の表面までの距離を測定する接触式距離センサと、
エアノズルから前記測定対象物の表面に向けてエアを噴出すると共に、噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記測定対象物の表面までの距離を測定するエアマイクロメータとを用いて、
前記エアマイクロメータで測定された距離から前記接触式距離センサで測定された距離を減算することにより、前記測定対象物の表面粗さを求めることを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する第２の発明に係る表面粗さの測定方法は、
被加工物に加工された円筒状穴に測定時に挿入されて、周方向に回転する円筒状の計測ヘッドに設けられ、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定する少なくとも１つの接触式距離センサと、
前記接触式距離センサと同一周上の前記計測ヘッドの外周面に設けられた少なくとも１つのエアノズルから前記円筒状穴の内周面に向けてエアを噴出すると共に、噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定するエアマイクロメータとを用い、
前記接触式距離センサで測定された距離から、前記円筒状穴の第１の内径を求めると共に、前記エアマイクロメータで測定された距離から、前記円筒状穴の第２の内径を求め、同じ周方向位置において、前記第２の内径から前記第１の内径を減算することにより、当該周方向位置における前記円筒状穴の内周面の表面粗さを求めることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第３の発明に係る表面粗さの測定方法は、
上記第２の発明に記載の表面粗さの測定方法において、
前記接触式距離センサを互いに１８０°対向して２つ設け、当該２つの接触式距離センサで測定された距離から、前記第１の内径を求め、
前記エアノズルを互いに１８０°対向すると共に連通させて２つ設け、当該２つのエアノズルから噴出されたエアの圧力から、前記第２の内径を求めることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第４の発明に係る表面粗さ測定装置は、
測定対象物の表面までの距離を測定する接触式距離センサと、
前記測定対象物の表面に向けてエアを噴出するエアノズルと、
前記エアノズルにエアを供給すると共に、前記エアノズルから前記測定対象物の表面に向けて噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記測定対象物の表面までの距離を測定するエアマイクロメータと、
前記エアマイクロメータで測定された距離から前記接触式距離センサで測定された距離を減算することにより、前記測定対象物の表面粗さを求める演算手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第５の発明に係る表面粗さ測定装置は、
被加工物に加工された円筒状穴に測定時に挿入されて、周方向に回転する円筒状の計測ヘッドと、
前記計測ヘッドに設けられ、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定する少なくとも１つの接触式距離センサと、
前記接触式距離センサと同一周上の前記計測ヘッドの外周面に設けられ、前記円筒状穴の内周面に向けてエアを噴出する少なくとも１つのエアノズルと、
前記エアノズルにエアを供給すると共に、前記エアノズルから前記円筒状穴の内周面に向けて噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定するエアマイクロメータと、
前記接触式距離センサで測定された距離から、前記円筒状穴の第１の内径を求めると共に、前記エアマイクロメータで測定された距離から、前記円筒状穴の第２の内径を求め、同じ周方向位置において、前記第２の内径から前記第１の内径を減算することにより、当該周方向位置における前記円筒状穴の内周面の表面粗さを求める演算手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第６の発明に係る表面粗さ測定装置は、
上記第５の発明に記載の表面粗さ測定装置において、
前記接触式距離センサを互いに１８０°対向して２つ設け、
前記エアノズルを互いに１８０°対向すると共に連通させて２つ設け、
前記演算手段は、
前記２つの接触式距離センサで測定された距離から、前記第１の内径を求めると共に、前記２つのエアノズルから噴出されたエアの圧力から、前記第２の内径を求めることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第７の発明に係る加工装置は、
主軸に装着される加工具が交換可能な加工装置において、
前記主軸に装着可能であり、被加工物に加工された円筒状穴に測定時に挿入されて、周方向に回転する円筒状の計測ヘッドと、
前記計測ヘッドに設けられ、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定する少なくとも１つの接触式距離センサと、
前記接触式距離センサと同一周上の前記計測ヘッドの外周面に設けられ、前記円筒状穴の内周面に向けてエアを噴出する少なくとも１つのエアノズルと、
前記主軸を貫通して設けられ、前記計測ヘッドの装着時に前記エアノズルと連通するエア供給路と、
前記エア供給路を介して、前記エアノズルにエアを供給すると共に、前記エアノズルから前記円筒状穴の内周面に向けて噴出されたエアの圧力を検出することにより、前記円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定するエアマイクロメータと、
前記接触式距離センサで測定された距離から、前記円筒状穴の第１の内径を求めると共に、前記エアマイクロメータで測定された距離から、前記円筒状穴の第２の内径を求め、同じ周方向位置において、前記第２の内径から前記第１の内径を減算することにより、当該周方向位置における前記円筒状穴の内周面の表面粗さを求める演算手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第８の発明に係る加工装置は、
上記第７の発明に記載の加工装置において、
前記接触式距離センサを互いに１８０°対向して２つ設け、
前記エアノズルを互いに１８０°対向すると共に連通させて２つ設け、
前記演算手段は、
前記２つの接触式距離センサで測定された距離から、前記第１の内径を求めると共に、前記２つのエアノズルから噴出されたエアの圧力から、前記第２の内径を求めることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第９の発明に係る加工装置は、
上記第７又は第８の発明に記載の加工装置において、
前記計測ヘッドに設けられ、前記接触式距離センサで測定した前記第１の内径のデータを無線で送信する無線送信手段と、
無線で送信された前記第１の内径のデータを受信して、前記演算手段へ入力する無線受信手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第１０の発明に係る加工装置は、
上記第７から第９の発明のいずれか１つに記載の加工装置において、
前記演算手段からの情報に基づいて、当該加工装置を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記演算手段で求めた前記表面粗さが、予め設定した範囲内に無い場合には、被加工物に再度加工を行うか、若しくは、次の被加工物の加工を中止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１、第４の発明によれば、接触式距離センサとエアマイクロメータを用いて、測定対象物の表面粗さを測定することができる。
【００１８】
第２、第３、第５、第６の発明によれば、計測ヘッドに設けた接触式距離センサとエアマイクロメータ用エアノズルを用いて、被加工物に加工された円筒状穴の表面粗さを求めることができる。又、接触式距離センサとエアマイクロメータ用エアノズルを計測ヘッドに設けているので、加工装置に装着する場合には、加工装置において、表面粗さ測定を実施することが可能となる。
【００１９】
第７、第８の発明によれば、主軸に装着可能な計測ヘッドに接触式距離センサとエアマイクロメータ用エアノズルを設けているので、エアマイクロメータにより測定された第２の内径から接触式距離センサにより測定された第１の内径を減算することにより、被加工物に加工された円筒状穴の表面粗さを求めることができ、加工装置内におけるインプロセスでの自動計測が可能となる。
【００２０】
第９の発明によれば、接触式距離センサにより測定された第１の内径のデータを無線で送信するので、計測ヘッドの主軸への取り付けが、より容易になる。
【００２１】
第１０の発明によれば、求められた表面粗さをフィードバックして、再加工又は加工中止を判断するので、加工装置の全自動化が可能となり、加工具に異常が発生したことも検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図１〜図５を参照して、本発明に係る表面粗さの測定方法、表面粗さ測定装置及び加工装置を説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明に係る表面粗さ測定装置を備えた加工装置を示す概略構成図であり、図２は、本発明に係る表面粗さ測定装置を示す概略構成図である。又、図３は、本発明に係る表面粗さの測定方法を説明する図であり、図４は、本発明に係る表面粗さ測定装置を備えた加工装置における手順を説明するフローチャートであり、図５は、本発明に係る表面粗さ測定装置を備えた加工装置における加工及び測定手順を説明する図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施例の加工装置１１では、ベッド１２上に、Ｙ軸方向レール１３を介して、ワークテーブル１４が設けられており、そのワークテーブル１４上に、ワークＷを保持するワーク保持装置１５が設けられている。又、ベッド１２上にはコラム１６が立設されており、コラム１６に、Ｘ軸方向レール１７を介して、サドル１８が設けられ、そのサドル１８上に、Ｚ軸方向レール１９を介して、主軸本体２０、主軸２１が設けられている。このサドル１８は、主軸本体２０、主軸２１と共に、モータ２２によりＸ軸方向に移動可能である。そして、主軸本体２０、主軸２１は、図示していないモータによりＺ軸方向に移動可能である。又、ワークテーブル１４は、ワーク保持装置１５、ワークＷと共に、図示していないモータによりＹ軸方向に移動可能である。このような構成により、主軸２１に取り付けた加工具Ｔを所望の位置に移動して、ワークＷの加工を行うことになる。
【００２５】
そして、加工装置１１は、主軸２１に装着される加工具Ｔが交換可能であり、主軸２１に所望の加工具Ｔを取り付けることにより、ワークＷの所望の位置に、所望の加工が可能である。例えば、後述の図５に示すように、ボーリング加工を行う場合には、ボーリングヘッド３１を取り付ければよく、ホーニング加工を行う場合には、ホーニングヘッド４１を取り付ければよい。更に、本実施例の加工装置１１においては、計測ヘッド５１も主軸２１に取り付け可能であり、このことにより、インプロセスで表面粗さ測定が可能である。これらボーリングヘッド３１、ホーニングヘッド４１、計測ヘッド５１等の交換は、加工装置１１に併設された工具交換装置２７により、自動的に交換される。
【００２６】
なお、本実施例の加工装置１１において、ワーク保持装置１５は、Ｘ軸方向を回転軸として、ワークＷの保持角度を制御可能なものである。例えば、ワーク保持装置１５は、ワークテーブル１４に立設された２つの支持部材２３と、２つの支持部材２３に回転可能に支持された回転部材２４と、回転部材２４に設けられ、ワークＷを保持する保持部材２５と、回転部材２４と共にワークＷを、所望の保持角度に回転させるモータ２６とを有するものである。本実施例では、ワークテーブル１４にワーク保持装置１５を設けたが、これは必ずしも必要なものでなく、ワークＷを所望の保持角度に保持できるのであれば、どのような構成でもよい。
【００２７】
ここで、本実施例の加工装置１１で用いる計測ヘッド５１について、図２を参照して説明する。
【００２８】
計測ヘッド５１は、測定時に主軸２１に取り付けられた後、ワークＷに加工された円筒状穴に挿入されて、周方向に回転する円筒状のものである。具体的には、計測ヘッド５１は、主軸２１側へ取り付けられる取付部５２と、取付部５２から延設された本体部５３と、計測機器等を備えた円筒状の先端部５４とを有している。取付部５２には、後述するエアノズル５６と連通するエア供給路５７が軸方向に貫通して設けられており、このエア供給路５７は、更に、本体部５３も軸方向に貫通して設けられて、先端部５４まで延設されている。そして、取付部５２は、主軸２１へ簡単に取り付けられる構造となっており、そのとき、主軸２１を貫通して設けられたエア供給路６１がエア供給路５７と簡単に接続されて、エア供給路５７、エアノズル５６と連通する構造となっている。
【００２９】
先端部５４には、２つの接触式距離センサ５５が設けられており、その接触子５５ａは、その外周面において、互いに１８０°対向する位置に設けられている。接触式距離センサ５５は、後述する方法により、ワークＷに加工された円筒状穴の内周面の内径を測定している。なお、本実施例では、２つの接触式距離センサ５５を設けているが、少なくとも１つの接触式距離センサ５５を設け、この１つの接触式距離センサ５５を１回転させて測定した距離から、円筒状穴の内径を求めるようにしてもよい。
【００３０】
又、先端部５４には、その外周面に２つのエアノズル５６が設けられている。この２つのエアノズル５６は、取付部５２、本体部５３を貫通して延設されたエア供給路５７を２つに分岐し、外周面に向かって延設したものであり、互いに連通している。そして、２つのエアノズル５６は、互いに１８０°対向する位置に設けられ、接触式距離センサ５５の接触子５５ａとは９０°離れた位置に設けられている。更に、接触式距離センサ５５の接触子５５ａ、エアノズル５６は全て、先端部５４の外周面の同一周上に配置されている。エアノズル５６は、エアマイクロメータ用のものであり、後述する方法により、ワークＷに加工された円筒状穴の内周面の内径を測定している。なお、本実施例では、２つのエアノズル５６を設けているが、少なくとも１つのエアノズル５６を設け、この１つのエアノズル５６を１回転させて測定した距離から、円筒状穴の内径を測定するようにしてもよい。
【００３１】
又、先端部５４の内部には無線式の送信装置５８（無線送信手段）が設けられており、この送信装置５８と接触式距離センサ５５とは電気的に接続されている。接触式距離センサ５５は、送信装置５８に内蔵されたバッテリーで駆動され、２つ接触式距離センサ５５で測定された結果は、内径Ａ（第１の内径）のデータとして、送信装置５８を介して、無線式の受信装置６３（無線受信手段）へ無線で送信される。そして、内径Ａのデータは受信装置６３で受信されて、受信装置６３から演算装置７６（演算手段）へ有線で入力される。このとき、送信装置５８、受信装置６３がアナログ方式であれば、演算装置７６が有するＡ／Ｄ変換器でデータがデジタル値に変換されて、後述する演算が実施される。一方、送信装置５８、受信装置６３がデジタル方式であれば、データは送信装置５８でデジタル値に変換されているので、そのまま、演算装置７６へ伝送されて、後述する演算が実施される。なお、無線式としては、赤外線方式、ＦＭ信号方式、Bluetooth方式等が適用可能である。
【００３２】
本実施例における接触式距離センサ５５は、差動トランス式のものであり、先端に接触子５５ａを有し、この接触子５５ａを加工された円筒状穴の内周面に接触させて、内周面までの距離を差動トランスで検出するものである。このように、接触式距離センサ５５は、加工された円筒状穴の内周面までの距離を周方向に沿って測定し、測定された距離から、加工された円筒状穴の内径を求めることになる。
【００３３】
一方、エアマイクロメータは、空気供給源（図示省略）からの空気を濾過するフィルタ７１と、フィルタ７１で濾過された空気を所望の圧力に減圧して調整する減圧弁７２と、調整された空気の圧力を表示する圧力計７３と、圧力が調整された空気の供給又は停止を制御する電磁弁７４と、電磁弁７４から供給された空気を、エア供給路６１、６２、５７を介して、エアノズル５６に供給すると共に、供給時の空気圧を電圧に変換する空気圧−電圧変換器７５とを有するものである。
【００３４】
測定時には、空気圧−電圧変換器７５を介して、エアが供給されて、供給されたエアが２つのエアノズル５６へ分岐した後、加工された円筒状穴の内周面に向かって噴出される。そして、２つのエアノズル５６からエアが噴出されたときの圧力を、空気圧−電圧変換器７５で検出することにより、加工された円筒状穴の内径Ｂ（第２の内径）を測定することができる。これは、測定対象との距離が遠いと噴出したエアの圧力が低くなり、測定対象との距離が近いと噴出したエアの圧力が高くなるという現象を利用したものであり、予め、圧力と内径の関係を求めておけば、空気圧−電圧変換器７５で測定された圧力から内径を求めることができるからである。そして、この測定を加工された円筒状穴の内周面の周方向に沿って行えば、円筒状穴の内径Ｂを周方向に沿って測定することになる。
【００３５】
このように、接触式距離センサ５５及びエアマイクロメータを各々用いて、加工された円筒状穴の内径を測定しているが、このままでは、加工された円筒状穴の表面粗さを測定していることにはならない。通常、接触式距離センサ５５で測定された内径Ａとエアマイクロメータで測定された内径Ｂとの間には差が生じる。この要因を検討したところ、接触式距離センサ５５で測定された内径は、表面粗さの凸部を拾って計測しており、エアマイクロメータで測定された内径は、表面粗さの凹部を拾って計測していることが分かった。つまり、これらの差分を求めれば、内径だけでなく、凸部と凹部の差、つまり、表面粗さも計測できることがわかった。
【００３６】
例えば、測定対象物が加工された円筒状穴である場合には、接触式距離センサ５５が測定した距離から内径Ａが求められ、エアマイクロメータが測定した距離から内径Ｂが求められるが、内径Ａは円筒状穴の内周面の凸部同士を測定したことになり、内径Ｂは円筒状穴の内周面の凹部同士を測定したことになる。従って、円筒状穴の内周面の表面粗さが悪い場合には、図３（ａ）に示すように、内径Ｂと内径Ａとの差分（Ｂ−Ａ）は大きく計測されることになる。一方、円筒状穴の内周面の表面粗さが良い場合には、図３（ｂ）に示すように、その差分（Ｂ−Ａ）さは小さく計測されることになる。このように、接触式距離センサ５５とエアマイクロメータとを用いて、円筒状穴の内径Ａ、Ｂを各々測定し、それらの内径の差分（Ｂ−Ａ）を求めることにより、円筒状穴の内周面の表面粗さが計測できることになる。
【００３７】
従って、本実施例の加工装置１１では、計測ヘッド５１に、２つの接触式距離センサ５５とエアマイクロメータ用の２つのエアノズル５６とを組み込み、接触式距離センサ５５、エアマイクロメータを各々用いて、加工された円筒状穴の内径を内径Ａ、内径Ｂとして測定し、内径Ｂから内径Ａを減算処理することにより、加工された円筒状穴の表面粗さをインプロセスで測定可能としている。
【００３８】
なお、接触式距離センサ５５とエアマイクロメータは、同じ対象領域を測定しても、原理的に、その測定範囲が全く同じわけではない。従って、測定範囲が狭い方、例えば、針状の接触子５５ａを用いている場合には、接触式距離センサ５５で測定した内径Ａのデータについて、エアマイクロメータで測定した内径Ｂと同等の測定範囲の平均値又は最大値を取り、測定した内径Ｂから内径Ａの平均値又は最大値を減算して、表面粗さを求めるようにしてもよい。
【００３９】
又、原理的に、接触式距離センサは、表面までの距離として、表面の粗さの凸部を測定し、エアマイクロメータは、表面までの距離として、表面の粗さの凹部を測定していることから、円筒状穴に限らず、他の形状の測定対象物であっても、その表面までの距離を接触式距離センサとエアマイクロメータとを用いて各々測定し、各々測定された距離の差分を求めれば、表面粗さの計測が可能である。
【００４０】
次に、図４、図５も参照して、本実施例の加工装置１１における加工手順及び計測手順を説明する。なお、以下の手順は、演算装置７６からの情報に基づいて、加工装置１１を制御する制御装置（制御手段；図示省略）により実施される。
【００４１】
最初に、加工装置１１において、ワークであるシリンダブロック３０にボア３０ａの加工を行う。具体的には、図５に示すように、加工装置１１の主軸２１にボーリングヘッド３１を装着し、ボーリングヘッド３１のバイト３２により、シリンダブロック３０に円筒状のボア３０ａをボーリング加工する。その後、工具交換装置２７により、ボーリングヘッド３１をホーニングヘッド４１に自動的に交換して、主軸２１に取り付け、ホーニングヘッド４１の砥石４２によりボーリング加工したボア３０ａをホーニング加工する。（ステップＳ１）。
【００４２】
次に、工具交換装置２７により、ホーニングヘッド４１を計測ヘッド５１に自動的に交換して、主軸２１に取り付け、計測ヘッド５１をホーニング加工したボア３０ａ内に挿入する。そして、計測ヘッド５１の接触式距離センサ５５及びエアマイクロメータにより、ボア３０ａの内周面を周方向に同時にデータサンプリングする（ステップＳ２）。このとき、例えば、軸方向上方において、周方向のデータサンプリングを行った後、計測ヘッド５１を軸方向下方に移動して、他の軸方向位置における周方向のデータサンプリングを行う。このような手順を順次繰り返すことで、同じ軸方向位置における周方向のデータサンプリングだけでなく、他の軸方向位置における周方向のデータサンプリングを行い、ボア３０ａ全体に対して、多数点での内径のデータサンプリングを行うことができる。このようなデータサンプリングにより、接触式距離センサ５５で測定された内径Ａとエアマイクロメータで測定された内径Ｂが多数収集される。
【００４３】
サンプリングしたデータにおいて、同じ周方向位置で測定した内径Ａ、Ｂを比較し、演算［Ｂ−Ａ］により、同じ周方向位置における円筒状穴の内周面の表面粗さを求める（ステップＳ３）。本実施例では、接触式距離センサ５５とエアマイクロメータ用のエアノズル５６は、その設置位置が互いに９０度ずつ異なるため、サンプリングしたデータは、どちらか一方を９０°シフトさせて、同じ周方向位置で測定した内径Ａ、Ｂを比較できるようにしている。
【００４４】
予め設定した表面粗さの下限、上限の範囲に対して、ステップＳ３で求めた表面粗さが［下限＜粗さ＜上限］の範囲内にあるかどうか確認する（ステップＳ４）。
【００４５】
予め設定した範囲内にある場合は、ボア３０ａが所望の表面粗さに加工されたことが確認できたことになり、同時に、加工具（特に、ホーニングヘッド４１）にも問題ないことが確認できたことになり、従って、次のワークの加工が継続される（ステップＳ５）。
【００４６】
予め設定した範囲内にない場合は、ボア３０ａが所望の表面粗さに加工されていないので、表面粗さ改善のため、同じワークに対して、再度ホーニング加工を行う。この場合、その測定値をフィードバックして、表面粗さの改善を指示することで、所望の表面粗さに加工することができる。若しくは、加工具自体（特に、ホーニングヘッド４１）に問題ありと判断して、加工自体を中止してもよい（ステップＳ６）。
【００４７】
このように、本実施例の加工装置１１では、１つの装置において、ワークに対するボーリング加工を行った後、ホーニング加工を行い、更に、表面粗さを測定も可能である。つまり、インプロセスで表面粗さまで測定可能となり、それをフィードバックすることで、加工装置１１の全自動化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る表面粗さの測定方法及び表面粗さ測定装置は、一般的な表面粗さ測定装置としても使用可能であり、又、複合型の加工装置に組み込み、インプロセスで測定を行う場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る表面粗さ測定装置を備えた加工装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る表面粗さ測定装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る表面粗さの測定方法を説明する図である。
【図４】本発明に係る表面粗さ測定装置を備えた加工装置における手順を説明するフローチャートである。
【図５】本発明に係る表面粗さ測定装置を備えた加工装置における加工手順及び測定手順を説明する図である。
【図６】従来の加工装置における加工手順及び表面粗さの測定を説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１  加工装置
１２  ベッド
１４  ワークテーブル
１６  コラム
２０  主軸本体
２１  主軸
２７  工具交換装置
３０  シリンダブロック
３１  ボーリングヘッド
４１  ホーニングヘッド
５１  計測ヘッド
５５  接触式距離センサ
５６  エアノズル
７５  空気圧−電圧変換器
７６  演算装置
【図１】
2010052103.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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