(57)【要約】【課題】工作機械の作動前に、また必要とあれば作動中に、僅かな技術的出費で、種々の工作機械部品の迅速かつ高度に精密な測定を可能にするプログラム制御式工作機械測定方法を提供する。【解決手段】本発明の方法によると、工作機械部品２に既知の寸法を有する測定球５を可能であれば取り付け装置を使用して位置決めする。工作機械に配置されたセンサ素子６は、測定球の頂部の上方約１０ｍｍの位置である、選択された初期位置へ移動させる。その後、前記センサ素子６を測定球表面の異なる点に接触するまで反復的に移動させ、それらの接触点の座標値を制御装置に入力する。その後、測定球の中心の空間上の位置を計算し、制御装置に記憶された目標値と比較する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定球を使用してプログラム制御工作機械を測定する方法において、
工作機械部品（２）に測定球（５）を位置決めする段階と、
前記工作機械に配置されたセンサ素子（６）を、選択した初期位置へ移動させる段階と、
前記センサ素子（６）を前記測定球の表面の異なる点に接触するまで反復的に移動させる段階と、
得られた測定値に基づいて前記測定球中心の空間上の位置を計算する段階と、
前記測定球中心の空間上の位置の計算値を、制御装置に記憶された目標値と比較する段階とを特徴とする、測定球を使用してプログラム制御工作機械を測定する方法。
【請求項２】
前記測定球（５）が付加された前記工作機械部品（２）が、前記測定球中心の空間上の位置の最初の決定後に、予め定めた距離（α，Ｂ）だけ移動させられ、前記測定球の表面の点抽出法により該測定球の中心位置の決定が反復され、位置の偏差が、各測定サイクルで検出された前記測定球の中心の空間上の位置の実際値を、プログラム制御で記憶された対応目標値と比較することによって決定されることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
回転軸線の空間上の位置を測定するために、前記測定球（５）を含む前記工作機械部品（２）が、予め定めた角度αだけ第１測定位置から第２測定位置へ旋回させられることを特徴とする、請求項２に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定球を使用してプログラム制御工作機械を測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現代の工作機械の高い精度要求を満足させるために、製造過程の間に個々の構成部品を、また製造後に工作機械全体を精密に測定することが不可欠であり、それによって、可能性のある欠陥は早期に検出でき、必要とあれば相応の是正処置によって補償することができる。一定使用期間後にも更に測定を行って、個々の構成部品の摩耗状態や、不適切な取り扱いによって生じた損傷を検出し分析することが必要である。
前記の目的のために、種々の測定方法が公知であり、それらの方法を用いて、特別な測定プログラムにより、例えばピボット長さ、スピンドルヘッドの軸線変位、回転円テーブルの軸線変位、たるみ等が検出できる。フライス盤やボール盤で、個々の測定作業を実施する場合、工作主軸に取り付けたセンサ素子が、測定される工作機械部品、特に工作物テーブルにクランプされた研摩ブロックと連携して使用される。これらの測定方法は、極端に時間がかかり、数多くの整合作業や測定作業を必要とする。
【０００３】
フライス盤の、例えば種々の型のフライスヘッドの回転軸線を測定するために、特殊な較正兼測定装置が使用されるＦＩＤＩＡヘッド測定システムと呼ばれる方法が公知である。この公知の測定方法により、２つの丸形軸線（ｒｏｕｎｄ  ａｘｅｓ）の位置誤差の補償並びに該軸線のゼロ点の自動検出を行うことができる。加えて、線形軸線（ｌｉｎｅａｒ  ａｘｅｓ）に対する丸形軸線の回転面の平行性の点検並びに拡張した体積補償も可能である。この方法の実施に必要な較正兼測定装置は、工作機械部品、例えば工作機械テーブルに取り付けられるステータを含んでおり、該ステータは、１２０°の角度でずらされた３本の支柱を有し、該支柱の上端に所定傾斜角度で配置される測定センサを坦持している。工作機械の工作主軸には、円筒軸とその円筒軸の自由端に配置された測定球を含む測定工具が取り付けられる。該測定球は、工作主軸の相応の運動によって位置決めされるので、３つのすべてのセンサ素子は球の表面に接触する。この公知の測定方法もまた、比較的複雑な較正装置や測定装置が必要なため、ある程度の高い出費を伴っている。
【０００４】
独国特許第３１３２３８３Ｃ号公報（ＤＥ ３１３２３８３ Ｃ）には、座標測定装置の測定精度を検査する装置と方法が開示されている。高い表面品質を有する２個の機械加工された測定球は、調節可能な間隔をおいて共通のキャリア上に配置され、測定ビームに沿った孔を備えている。これらの球の間隔の変化が、干渉計装置によって測定される。２個の測定球間の精確な初期間隔は知っておく必要がある。２個の測定球の空間上の位置は、多点抽出法（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｐｏｉｎｔ  ｓａｍｐｌｉｎｇ）によって座標測定装置により検出できる。制御コンピュータが、レーザー干渉計により検出された測定球の間隔値と、測定球のサンプリング中に座標測定装置によって測定された値とを検出し、比較する。工作機械、特に丸形軸線の測定は可能ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、工作機械の作動前に、また必要とあれば作動中に、僅かな技術的出費で、種々の機械部品の迅速かつ高度に精密な測定を可能にするプログラム制御式工作機械の測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、前記目的は請求項１に記載された特徴によって解決される。
予め寸法の分かっている測定球は、例えばロッド形式等の簡単な構造の取り付け装置を測定球に固定し、かつ該取り付け装置を工作機械部品に従来のクランプ手段を用いて取り付けることで、選択した工作機械部品に簡単に取り付けできる。測定球を工作機械部品に取り付けた後、その位置は、測定される工作機械の工作主軸に取り付けられた従来形式のセンサ素子によって決定される。センサ素子は、使用者が推測した初期位置に移動させられるが、センサ素子のこの初期位置は、測定球の頂点区域の上方約５〜２０ｍｍのところにある。次いで、工作機械のプログラム制御に組み込まれた測定プログラムが開始される。このプログラムが実施される間、センサ素子は、球の表面の異なる複数箇所に接触するまで、反復的に好ましくは垂直方向に移動しつつ連続的に横方向に変位する。
【０００７】
前記球面上の複数箇所の各位置は検出され、それらの値は、一般に知られている幾何学的関係を利用して測定球中心の空間上の位置を計算するのに使用される。測定球を測定体として使用することによって、所要測定作業をかなり簡単にすることができる。なぜなら、空間上のデータは、測定球の幾何学的関係が固定しているため、球面の簡単な測定によって得られるからである。これによって、概して２次元的な従来式の測定方法に比べて、かなりの利点が得られる。測定球の中心と外表面の間の予め決められた幾何学的関係により、例えば１点の位置の変位が、水平面内で検出されるだけでなく、垂直面内でも、本発明の方法によって検出できる。
【０００８】
本発明による方法は、工作機械の複数の丸形軸線及び可能であるなら複数の線形軸線の位置偏差を個別に又は一緒に検出するために、測定球の中心の空間上の位置を最初に決定した後、測定球を取り付けた各工作機械部品をその取り付け装置を介して予め定めた距離だけ移動させることで実施される。このようにして得られた第２位置において、測定球の中心の空間上の位置が、この新たな位置からの測定球表面の点抽出法によって再度決定される。移動した工作機械部品の移動距離は既知なので、第１と第２の測定サイクルで検出した測定球の中心の空間上の位置は、工作機械制御の対応する目標値と比較することで、位置偏差を決定することができる。
【０００９】
例えば回転可能な円テーブル、工作機械部品等の回転軸線の空間上の位置を測定するためには、測定球を固定取り付けされた機械部品が、好ましくは、第１測定位置から第２測定位置までの予め定めた角度だけ共通の回転軸線を中心として回転されて、測定球の中心の空間上の位置が第１と第２の測定位置で既述の形式で決定される。測定球自体も、測定球の取り付け装置の半径方向長さ同様、既知なので、各軸線の回転中心の位置は、測定球の中心の空間上の位置の前記二つの測定値に基づいて精確に計算できる。この方法は、特に、取り外し可能なＮＣ工作機械部品が使用されている場合に有利である。従来、テーブル上の該部品の位置及び配向は、その目的のために設けられた溝つき部材（ｇｒｏｏｖｅ  ｓｔｏｎｅｓ）によってのみ決定され、そのために、不正確になり、主座標軸を中心とする回転軸線の振れ運動を生じさせていた。
直線的な、又は屈曲した取り付け装置並びに種々の型の固定部材に取り付けた較正球が、種々の態様で利用可能であり、各種の機械用に個別に組み立て可能である。
【００１０】
較正球、つまり測定球を使用する本発明の方法により、工作機械のすべての丸形軸線は１つだけのセンサ素子によって測定できる。それというのも、回転中心は１つだけの較正球によって丸形軸線の軸線方向だけでなく半径方向にも精確に検出可能だからである。前記軸線の回転中心は、これまではセンサ素子で精確には測定できなかった。回転中心の検出に加えて、本発明の方法により丸形軸線の振れ運動も測定でき、しかも、測定プログラムの拡張によって、両面での軸線の振れ運動を別個に検出することができる。Ｃ軸、すなわちＮＣ円テーブル（ＮＣ  ｒｏｕｎｄ  ｔａｂｌｅ）を有する汎用フライス盤及びボール盤の場合、本発明の方法により、水平方向の測定が可能になるので、嵩高の工作物が取り付けられている場合でも、盤の運動が制御できる。
【００１１】
本発明による測定方法の重要な利点は、種々の適切な取り付け装置を用いて、較正兼測定球を、ほとんど任意に空間内で選択された工作機械部品のところに配置でき、各部品に精確に取り付け装置を位置決めする必要がない点である。工作機械部品に取り付け装置を固定するために、機械式手段の代わりに、適当な磁気式取り付け装置を使用することができる。
以下で、本発明による測定方法を、図面に略示した若干の実施例について詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
図１には、工作物テーブル（図示せず）上の任意の位置に取り付けた工作機械部品１が示されている。工作機械部品１の回転中心Ｐ３を決定しなければならない。この目的のために、円錐形状の円筒ピン４に半径方向に固定結合された取り付け装置３が、例えば磁力によって軸２に取り付けられる。前記円筒ピン４の端部には、極度に精確に機械加工された既知寸法の測定球５が取り付けられている。
【００１３】
測定過程の開始時には、フライス盤の工作主軸に取り付けられたセンサ素子６が初期位置へ移動し、この位置でセンサ素子６のヘッドは、測定球５の頂点区域上方約１０ｍｍのところに位置することになる。工作主軸は、前記初期位置から、センサ素子６のヘッドが測定球の表面に接触するまで、垂直に下方へ移動せしめられる。測定球直径が既知であるため、測定球中心の空間上の位置Ｐ１は、測定値を使用して計算できる。次いで、工作機械部品の軸２を角度αだけ回転させることで、半径方向に整合された取り付け装置３，４を、図１に破線で示した位置へ測定球５と共に移動させる。この位置で、測定球は、再び反復的にセンサ素子６によりサンプリングされ、測定球中心の空間上の位置Ｐ２が、測定値に基づいて決定される。取り付け装置３，４の長さは既知であるから、回転中心Ｐ３は、検出した空間上の位置Ｐ１，Ｐ２から決定できる。
【００１４】
図２に示した測定配置の場合、軸２の取り付け装置は、前述の第１測定作業後に軸方向に距離Ｂまで移動させられ、その後、前述の測定作業を反復する。このようにして軸２の振れが検出される。
【００１５】
図３から図６に示した実施例の場合、各測定は前述の形式で行われる。測定球中心の空間上の位置は、測定球の反復サンプリングによって検出される。各々得られた測定値は、測定球中心の空間上の計算位置同様、工作機械制御装置の特別なサブプログラムに蓄積される。該制御装置は、またそれぞれ要求される計算をも実施する。
図３から図６に見られるように、測定球は、それぞれ寸法が既知の、種々の型の取り付け装置に取り付け可能である。種々の工作機械部品、特にそれら部品の回転中心の空間上の位置が、適当な取り付け装置を使用することによって簡単に測定できる。図３では、並進運動可能な工作物テーブル（ｔｒａｎｓｌａｔｉｖｅｌｙ  ｍｏｖａｂｌｅ  ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ  ｔａｂｌｅ）１０に取り付けられている傾斜取り付け装置３，４を測定球５に使用する。
【００１６】
図４では、測定球５の取り付け装置３，４が、モータによって水平軸線１２を中心として回転可能なチャック１１に偏心的に取り付けられている。
【００１７】
図５では、垂直軸線１３を中心として回転可能な工作物テーブル１６に固定された屈折取り付け装置３，４が使用されている。
センサ素子６は、工作主軸１４に取り付けられ、該工作主軸は、実線で示した水平方向位置から破線で示した垂直方向位置まで旋回ヘッド１５によって旋回可能である。
【００１８】
図６では、測定球を含んだ取り付け装置４が、モータによって水平軸線を中心として旋回可能な円テーブル１７に取り付けられている。本発明による測定により、円テーブルの旋回軸線並びに中心を通る円テーブル回転軸線が測定できる。
【００１９】
本発明による方法は、別個の測定装置を必要とせず、きわめて短時間に未経験の人員によっても実施できる。このことは、特に工作機械を現場で、すなわち使用者の作業場で測定できる点で利点であり、それにより、製造者による検査がかなり容易になり、かつ生じうる損傷の早期検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】工作機械部品の回転中心測定の略示前面図。
【図２】図１の工作機械部品の略示平面図。
【図３】傾斜取り付け装置に固定された測定球による方法の実施を示す図。
【図４】水平回転軸線測定の場合の方法の実施を示す図。
【図５】旋回可能なヘッドの場合の方法の実施を示す図。
【図６】旋回可能な円テーブルの場合の方法の実施を示す図。
【図１】
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【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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