(57)【要約】【課題】真円度を測定することのできる自動寸法計測装置を提供する。【解決手段】本発明の自動寸法計測装置は、真円度解析処理を行う管制部１８を備えている。管制部１８は、測定ヘッド１６で測定したデータに基づいてワークを定寸加工するように研削盤制御装置１４を制御するとともに、測定ヘッド１６の測定データに基づいてワーク１０の真円度を解析し、タッチパネル２０に表示する。【選択図】    図１
2006153897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械によるワークの加工中に、前記ワークの寸法を測定し、該ワークの寸法が、あらかじめ設定した寸法に達すると、前記工作機械に加工の停止を指示する自動寸法計測装置において、
前記ワークの回転角度に対応する半径データを測定する半径データ測定手段と、
前記半径データ測定手段で測定した半径データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された半径データに基づいて真円度解析を実行し、前記ワークの真円度を算出する真円度演算手段と、
を備えていることを特徴とする真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【請求項２】
工作機械による加工後にワークを回転駆動手段で回転させてその寸法を測定し、その測定データに基づいて前記ワークを選別、又は、その測定データを前記工作機械にフィードバックする自動寸法計測装置において、
前記ワークの回転角度に対応する半径データを測定する半径データ測定手段と、
前記半径データ測定手段で測定した半径データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された半径データに基づいて真円度解析を実行し、前記ワークの真円度を算出する真円度演算手段と、
を備えていることを特徴とする真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【請求項３】
前記真円度演算手段は、前記ワークの加工終了直前に前記記憶手段に記憶された半径データに基づいて真円度解析を実行し、前記ワークの真円度を算出することを特徴とする請求項１記載の真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【請求項４】
前記真円度演算手段は、前記ワークの加工終了直後に前記記憶手段に記憶された半径データに基づいて真円度解析を実行し、前記ワークの真円度を算出することを特徴とする請求項１記載の真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【請求項５】
前記自動寸法計測装置は、前記記憶手段に記憶された半径データに基づいて前記回転駆動手段の回転中心又は工作機器の主軸の回転中心に対する前記ワークの軸芯の偏心量を算出し、補正する補正手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【請求項６】
前記自動寸法計測装置は、前記真円度演算手段による演算値と、設定された上限値とを比較し、前記演算値が前記上限値を越えている場合は、前記ワークを不良品と判定する判定手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【請求項７】
前記真円度演算手段は、所定の周波数領域を抽出するフィルタ処理手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【請求項８】
前記真円度演算手段は、前記記憶手段に記憶された半径データを周波数解析する周波数解析手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【請求項９】
前記周波数解析手段は、前記記憶手段に記憶された半径データを高速フーリエ変換解析することを特徴とする請求項８記載の真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【請求項１０】
前記半径データ測定手段は、前記ワークの寸法を３点以上で測定し、該半径データ測定手段で測定した３点以上の測定値を用いてワークの回転誤差を除去演算する除去演算手段を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の真円度測定機能を有する自動寸法計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの真円度を測定することができる真円度測定機能を有する自動寸法計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動寸法計測装置は、ワーク寸法を自動的に測定する装置であり、例えば、自動定寸装置や、自動検測装置がある。
【０００３】
自動定寸装置は、生産ライン等において、加工中にワーク寸法を測定し、リアルタイムで工作機械を制御する装置である。たとえば、円筒研削盤において加工中にワーク寸法を測定し、ワーク寸法が、あらかじめ設定した寸法に達すると、粗研から精研、精研からスパークアウト等の切り替え、あるいは砥石台の後退信号の出力等を行う。
【０００４】
ところで、従来、工作機械で加工したワークの真円度を測定する場合は、ワークの加工が終了した後に、ワークを一旦工作機械から取り外し、機外の真円度測定器に運んで測定することにより実施していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、真円度測定器を用いたワークの測定には多大な時間を要するため、生産ライン等で順次加工されるワークの全てについては測定することができないという欠点があった。
【０００６】
一方、自動検測装置は、生産ライン等で工作機械による加工後にワークの寸法を測定し、その測定データに基づいてワークを選別したり、その測定データを工作機械にフィードバックして加工条件を補正したりする装置である。たとえば、旋盤等で加工されたワークの寸法を測定し、その測定寸法と公差とを比較してワークの合否判定を行い、ＮＧワークを分類したり、また、その測定寸法を旋盤にフィードバックして刃先位置やワーク位置の補正をしたりする。
【０００７】
ところで、旋盤等の工作機械で加工されたワークを真円度測定しようとする場合、従来は自動検測装置とは別に設置された真円度測定機にワークを搬送して測定を実施していた。
【０００８】
しかしながら、真円度測定機によるワークの真円度測定には多大な時間を要するため、生産ライン等で順次加工されるワークの全てについては測定することができないという欠点があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、真円度を測定することのできる自動寸法計測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】
【００１０】
請求項１記載の発明は上記目的を達成するために、工作機械によるワークの加工中に、前記ワークの寸法を測定し、該ワークの寸法が、あらかじめ設定した寸法に達すると、前記工作機械に加工の停止を指示する自動寸法計測装置において、前記ワークの回転角度に対応する半径データを測定する半径データ測定手段と、前記半径データ測定手段で測定した半径データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された半径データに基づいて真円度解析を実行し、前記ワークの真円度を算出する真円度演算手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、インラインで使用される自動寸法計測装置、例えば自動定寸装置に真円度測定を行う機能が備えられているので、ワークを工作機械から外すことなく真円度の全数検査が可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明は上記目的を達成するために、工作機械による加工後にワークを回転駆動手段で回転させてその寸法を測定し、その測定データに基づいて前記ワークを選別、又は、その測定データを前記工作機械にフィードバックする自動寸法計測装置において、前記ワークの回転角度に対応する半径データを測定する半径データ測定手段と、前記半径データ測定手段で測定した半径データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された半径データに基づいて真円度解析を実行し、前記ワークの真円度を算出する真円度演算手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、工作機械で加工されたワークを検測する自動寸法計測装置に真円度測定を行う機能が備えられているので、別途、真円度測定機でワークの真円度測定をする必要がなくなる。これにより、生産ライン等で順次加工される全てのワークに対して真円度測定を実施することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明に係る真円度測定機能を有する自動寸法計測装置によれば、インラインで使用される自動寸法計測装置に真円度測定を行う機能を搭載し、自動寸法計測装置においてワークの真円度を測定できるようにしたため、ワークを工作機械から外すことなくインラインで真円度の測定を行うことができる。
【００１５】
また、本発明によれば、工作機械で加工されたワークを検測する自動寸法計測装置に真円度測定を行う機能が備えられているので、別途、真円度測定機でワークの真円度測定をする必要がなくなる。これにより、生産ライン等で順次加工される全てのワークに対して真円度測定を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下添付図面に従って本発明に係る真円度測定機能を有する自動寸法計測装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１７】
図１は、本発明に係る自動寸法計測装置の第１の実施の形態を示す全体構成図であり、第１の実施の形態の自動寸法計測装置は、円筒研削盤に適用された自動定寸装置の例を示している。
【００１８】
円筒研削盤は、回転するワーク１０に回転する砥石１２を押し当ててワーク１０の外周を研削する。ワーク１０は、研削盤制御装置１４によって回転速度が制御されており、また、砥石１２は、研削盤制御装置１４によって回転速度及びワーク１０に対する送りが制御されている。
【００１９】
自動定寸装置は、図１、図２に示すように、ワーク１０に装着される測定ヘッド１６と、その測定ヘッド１６から出力された測定データを解析する管制部１８とから構成されている。
【００２０】
測定ヘッド１６は、図１に示すように、一対のフィンガ１６Ａ、１６Ａを有している。フィンガ１６Ａ、１６Ａは、それぞれ測定ヘッド１６本体内に設けられた支点を中心に揺動自在に支持されており、その先端部にはコンタクト１６Ｂ、１６Ｂが取り付けられている。コンタクト１６Ｂ、１６Ｂは、測定に際して、その先端部がワーク１０の外周面に当接される。研削によりワーク１０の寸法が変化すると、そのワーク１０の寸法の変化に応じてフィンガ１６Ａ、１６Ａが揺動する。そして、そのフィンガ１６Ａ、１６Ａの変位が、測定ヘッド１６本体内に設けられた差動トランスによって電気信号として検出され、管制部１８に出力される。
【００２１】
一方、管制部１８は、タッチパネル２０、ＣＰＵ２４、メモリ２８、整流回路３０、ＡＤコンバータ３２及び入出力回路３４を備えている。
【００２２】
前記測定ヘッド１６から出力されたフィンガ１６Ａ、１６Ａの変位量を示す電気信号は、整流回路３０で整流されたのち、ＡＤコンバータ３２に取り込まれてディジタル信号に変換される。そして、このディジタル信号に変換された測定データに基づいて、ＣＰＵ２４がワーク１０の寸法を算出する。
【００２３】
また、ＣＰＵ２４は、その算出したワーク１０の寸法が、あらかじめ設定した寸法に達したか否かの判定を行う。そして、その判定の結果、ワーク１０の寸法が、あらかじめ設定した寸法に達したと判断した場合には、入出力回路（外部インターフェース）３４を介して研削盤制御装置１４に信号を出力する。研削盤制御装置１４は、この信号に基づいてワーク１０及び砥石１２を制御する。
【００２４】
すなわち、図３に示すように、ワーク１０の寸法が、あらかじめ設定した第１の取り代（図３中Ａ）に達すると、ＣＰＵ２４から入出力回路３４を介して研削盤制御装置１４に第１の信号が出力される。研削盤制御装置１４は、この第１の信号を入力することによって、ワーク１０の加工を粗研から精研に切り替える。加工が進行し、ワーク１０の寸法が、あらかじめ設定した第２の取り代（図３中Ｂ）に達すると、ＣＰＵ２４から入出力回路３４を介して研削盤制御装置１４に第２の信号（以下、『スパークアウト信号』という。）が出力される。研削盤制御装置１４は、このスパークアウト信号を入力することによって、ワーク１０の加工を精研からスパークアウトに切り替える。その後、ワーク１０の寸法が、あらかじめ設定した第３の取り代（図３中Ｃ）に達すると、ＣＰＵ２４から入出力回路３４を介して研削盤制御装置１４に第３の信号（以下、『定寸信号』という。）が出力される。研削盤制御装置１４は、この定寸信号が入力されることによって、砥石１２をワーク１０から後退し、加工を終了する。
【００２５】
なお、前記第１〜第３の取り代はメモリ２８に記憶されており、オペレータが、あらかじめ加工開始前に管制部１８のタッチパネル２０から入力しておく。
【００２６】
以上のように、本実施の形態の自動定寸装置は自動定寸機能を備えている。そして、本実施の形態の自動定寸装置は、この自動定寸機能に加えてワーク１０の真円度を測定する真円度測定機能も有している。真円度測定は、図５に示すフローチャートに従って次のように行われる。
【００２７】
管制部１８は、研削盤制御装置１４にスパークアウト信号を出力すると（ステップＳ１０）、測定ヘッド１６からワーク１０の回転角度に対応する測定データのサンプリングを開始する（ステップＳ１１）。そして、そのサンプリングデータを所定時間おきにメモリ２８に記憶する（ステップＳ１２）。
【００２８】
上述したように、加工が進行してワーク１０の寸法が、あらかじめ設定した第３の取り代（図３Ｃ）に達すると、管制部１８から研削盤制御装置１４に定寸信号が出力される（ステップＳ１３）。
【００２９】
ここで、定寸信号を出力した管制部１８は、定寸加工直後の真円度の測定を行う必要があるか否かを判定する（ステップＳ１４）。そして、必要があると判断した場合には、定寸加工直後の測定データを所定時間サンプリングし、そのサンプリングデータをメモリ２８に記憶する（ステップＳ１５）。
【００３０】
一方、定寸加工直後の真円度の測定を行う必要がないと判断した場合には、定寸加工直前のサンプリングデータに基づいて真円度解析処理を実行する。すなわち、まず、定寸信号を出力する直前にサンプリングした１回転分の測定データのフィルタ処理を行い、そのフィルタ処理されたデータからワーク１０の各回転角度に対応する半径を算出する。そして、その算出結果を、図４に示すように、タッチパネル２０の表示画面上に形成された極座標表示部２０Ａに極座標表示する。また、これと同時に、得られたワーク１０の半径の最大値と最小値の差を求め真円度を算出し、その算出結果をタッチパネル２０の表示画面上に形成されたＰ−Ｐ値表示部２０Ｂに表示する（ステップＳ１６）。
【００３１】
また、定寸加工直後の真円度の測定を行う場合は、定寸加工直後にサンプリングした１回転分の測定データに基づいて真円度解析処理を実行する。すなわち、まず、定寸加工直後にサンプリングした測定データのフィルタ処理を行い、そのフィルタ処理されたデータからワーク１０の各回転角度に対応する半径を算出する。そして、その算出結果を、図４に示したタッチパネル２０の表示画面上に形成された極座標表示部２０Ａに極座標表示する。また、これと同時に、得られたワーク１０の半径の最大値と最小値の差を求め真円度を算出し、その算出結果をタッチパネル２０の表示画面上に形成されたＰ−Ｐ値表示部２０Ｂに表示する（ステップＳ１６）。
【００３２】
以上のように、本実施の形態の自動定寸装置によれば、定寸加工直前又は定寸加工直後に真円度測定を行うこともできる。このように、定寸加工直前に真円度測定を行うことにより、サイクルタイムに影響しないでワーク１０を更に効率よく処理することができる。
【００３３】
なお、定寸加工直前に真円度測定を実施するか、定寸加工直後に真円度測定を実施するかは、オペレータがタッチパネル２０等から入力して設定する。この際、設定はワーク１０の加工開始前にあらかじめ行っておいてもよいし、加工中又は加工後に選択して設定するようにしてもよい。
【００３４】
ところで、上述したように本実施の形態の自動定寸装置では、インラインでワーク１０の真円度を測定することができるが、この測定データを利用して、加工したワーク１０の真円度の良否を判定することもできる。すなわち、管制部１８は、前記のごとく真円度解析して算出した真円度を、設定した真円度の上限値と比較し、上限値を越えていなければ、図４に示すように、極座標表示と共にタッチパネル２０の表示画面上に形成された判定部２０Ｃに『ＯＫ』と表示する。そして、算出した真円度が上限値を越えていれば、前記判定部２０Ｃに『ＮＧ』と表示する。
【００３５】
このように本実施の形態の自動定寸装置によれば、インラインでワーク１０の真円度の良否も判定することができる。なお、このように判定した結果を必要に応じて外部の機器に出力するようにしてもよい。これにより、不良品をラインから除去する等の処理を行うことができる。
【００３６】
なお、真円度の上限値の設定は、オペレータがタッチパネル２０等から入力して行う。この際、設定はワーク１０の加工開始前にあらかじめ行っておいてもよいし、加工中又は加工後に行ってもよい。
【００３７】
また、フィルタ処理したワーク１０の半径データを高速フーリエ変換して各周波数成分に分けて解析し（以下、『ＦＦＴ解析』という）、その結果を図６に示すように、タッチパネル２０上にパワースペクトル表示するようにしてもよい。これにより、インラインで真円度の不良の原因を成分分析することができる。一般的に真円度では楕円、三角など低次の山成分における振幅が大きいために、びびりとされる２０山、３０山の振幅を消してしまうが、ＦＦＴ解析を使用すれば、各山数における振幅が明確になるため、びびりと特定した山数の振幅成分に対して解析ができる点が有効である。
【００３８】
さらに、ＦＦＴ解析して得られた特定周波数の振幅と、設定した当該周波数の振幅の上限値とを比較して、ワーク１０の真円度の良否及び研削条件の良否を自動で判定するようにしてもよい。すなわち、管制部１８は、ＦＦＴ解析の結果得られた特定周波数の振幅と、設定した当該周波数の振幅の上限値とを比較する。そして、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ＦＦＴ解析の結果得られた特定周波数の振幅が、設定した上限値を越えていなければ、タッチパネル２０の表示画面上に形成されたＦＦＴ解析結果判定部Ｄに『ＯＫ』と表示し、算出した真円度が上限値を越えていれば、前記ＦＦＴ解析結果判定部２０Ｄに『ＮＧ』と表示する。
【００３９】
なお、図７の例では、判定範囲の山数（周波数）３〜８の成分の振幅の上限値が５μｍと設定され、判定範囲の山数１５〜２５の成分の振幅の上限値が３μｍと設定されている。そして、山数３〜８の成分の振幅の測定結果が８．０μｍであったため、ＦＦＴ解析結果判定部２０Ｄには『ＮＧ』と表示され、山数１５〜２５の成分の振幅の測定結果が２．０μｍであったため、ＦＦＴ解析結果判定部２０Ｄには『ＯＫ』と表示されている。
【００４０】
このようにしてインラインでワーク１０の真円度の良否及び研削条件の良否を自動で判定することができる。なお、このように判定した結果を必要に応じて外部の機器に出力するようにしてもよい。これにより、不良品をラインから除去する等の処理を施すことができる。
【００４１】
なお、振幅の上限値の設定は、オペレータがタッチパネル２０等から入力して行う。この際、設定はワーク１０の加工開始前にあらかじめ行っておいてもよいし、加工中又は加工後に行ってもよい。
【００４２】
また、本実施の形態では、周波数解析手段は、半径データを高速フーリエ変換解析するようにしているが、他の解析方法を使用してもよい。
【００４３】
図８は、第２の実施の形態の自動寸法計測装置を示す全体構成図であり、図１に示した第１の実施の形態の自動寸法計測装置と同一又は類似の部材については同一の符号を付してその説明は省略する。
【００４４】
第１の実施の形態の自動寸法計測装置に対する第２の実施の形態の自動寸法計測装置の相違点は、測定ヘッド４０を設けた点である。測定ヘッド４０は、フィンガ４０Ａを有し、このフィンガ４０Ａは、測定ヘッド４０本体内に設けられた支点を中心に揺動自在に支持されている。フィンガ４０Ａの先端部にはコンタクト４０Ｂが取り付けられ、このコンタクト４０Ｂの先端部が、測定に際して、ワーク１０の外周面に当接される。研削によりワーク１０の寸法が変化すると、そのワーク１０の寸法の変化に応じてフィンガ４０Ａが揺動する。そして、そのフィンガ４０Ａの変位が、測定ヘッド４０本体内に設けられた差動トランスによって電気信号として検出され、管制部１８に出力される。
【００４５】
図９に示すように、管制部１８は、研削盤制御装置１４にスパークアウト信号を出力すると（ステップＳ２０）、測定ヘッド１６及び測定ヘッド４０からワーク１０の回転角度に対応する測定データのサンプリングを開始する（ステップＳ２１）。そして、そのサンプリングデータを所定時間おきにメモリ２８に記憶する（ステップＳ２２）。
【００４６】
上述したように、加工が進行してワーク１０の寸法が、あらかじめ設定した第３の取り代に達すると、管制部１８から研削盤制御装置１４に定寸信号が出力される（ステップＳ２３）。
【００４７】
ここで、定寸信号を出力した管制部１８は、定寸加工直後の真円度の測定を行う必要があるか否かを判定する（ステップＳ２４）。そして、必要があると判断した場合には、定寸加工直後の測定データを所定時間サンプリングし、そのサンプリングデータをメモリ２８に記憶する（ステップＳ２５）。
【００４８】
また、定寸加工直後の真円度の測定を行う必要がないと判断した場合には、定寸加工直前のサンプリングデータ、即ち、定寸信号を出力する直前にサンプリングした１回転分の測定データに基づいて以下の処理を行う。
【００４９】
次いで、メモリ２８に記憶されたデータ、又は、定寸加工直前のサンプリングデータのフィルタリング処理を行う（ステップ２６）。フィルタリング処理は、例えば、ユーザによって所定のカットオフ値に設定され、短波長のノイズ成分や、解析に必要な波長域以外の帯域等を除去する処理である。そして、フィルタリング処理後、測定ヘッド１６で測定した測定データからワーク１０の軸心を検出し、測定データの偏心補正を行う。（ステップＳ２７）。
【００５０】
次いで、測定ヘッド１６及び測定ヘッド４０で測定した測定データのサンプリングを用いて、ワーク１０の回転誤差を除去する（ステップ２８）。ワーク１０の回転誤差は、後に詳説する３点法に基づいて行う。これにより、ワーク１０の触れに伴う、ワーク１０の軸の回転誤差が除去される。
【００５１】
次にワーク１０の中心と同軸の内接円と外接円との半径差を求め、真円度を算出する（ステップ２９）。そして、ワーク１０の各回転角に対応する半径の算出結果を、タッチパネル２０の表示画面上に形成された極座標表示部２０Ａに極座標表示する。これと同時に、真円度の算出結果をタッチパネル２０の表示画面上に形成されたＰ−Ｐ値表示部２０Ｂに表示する（ステップＳ３０）。
【００５２】
次に、ワーク回転誤差を除去する３点法の測定原理について説明する。
【００５３】
図１０に示すように、ワークの周囲に三つの測定ヘッドＡ、Ｂ、Ｃを設置し、この測定ヘッドＡとＢ、測定ヘッドＡとＣのなす角をそれぞれφ、τとする。また、三つの測定ヘッドＡ、Ｂ、Ｃの軸の交点をＯとし、この交点Ｏが被測定物の回転中心の近傍にあるとする。さらに、交点Ｏを原点とし、測定ヘッドＡとＹ軸が一致するように直交座標系ＸＹをとる。そして、円周上の基点Ｐから時計方向にθをとり、平均半径ｒ0 を基準とした形状の半径方向の誤差をｒ（θ）とする。基点Ｐを測定ヘッドＡの測定点から始めて反時計方向にθ回転した時、測定ヘッドＡ、Ｂ、Ｃの変位出力はそれぞれ、
ＳA （θ）＝ｒ（θ）＋ｙ（θ）                            …（１）
ＳB （θ）＝ｒ（θ−φ）＋ｙ（θ）cos φ−ｘ（θ）sin φ  …（２）
ＳC （θ）＝ｒ（θ−τ）＋ｙ（θ）cos τ−ｘ（θ）sin τ  …（３）
で表される。ここで、ｙ（θ）、ｘ（θ）はそれぞれ回転誤差のＸ成分、Ｙ成分を表している。式（１）、式（２）、式（３）から回転誤差項を除去すると、差動出力Ｓ（θ）は、以下の式で表される。
【００５４】
Ｓ（θ）＝ＳA （θ）＋ａＳB （θ）＋ｂＳC （θ）
＝ｒ（θ）＋ａｒ（θ−φ）＋ｂｒ（θ−τ）  …（４）
ただし、ａ＝−sin τ／sin （τ−φ）、ｂ＝sin φ／sin （τ−φ）
この式（４）は、ワーク１０の回転誤差成分とワーク１０の形状成分とを完全に分離し、ワーク１０の回転誤差成分を除去している。したがって、式（４）でＳ（θ）を算出すると、ワーク１０の形状を正確に求めることができる。
【００５５】
このように、本実施の形態の自動寸法計測装置は、測定ヘッド１６と測定ヘッド４０とによってワーク１０の寸法を３点で測定し、３点法によってデータを補正するようにしたので、ワーク１０の形状を正確に求めることができ、精度良く真円度を求めることができる。
【００５６】
図１１は、本発明に係る自動寸法計測装置の第３の実施の形態を示す全体構成図であり、第３の実施の形態の自動寸法計測装置は、旋盤に適用された自動検測装置の例を示している。
【００５７】
旋盤１１２は、回転するワーク１１０にバイトを当接させてワーク１１０の内周部や外周部を切削する工作機械である。この旋盤１１２において、ワーク１１０は図示しない主軸に設けられたチャックに保持されており、該主軸に連結された図示しないモータを駆動することにより回転する。ここで、ワーク１１０は、その回転速度が旋盤制御装置１１４に制御されており、また、バイトは、その送りが旋盤制御装置１１４によって制御されている。
【００５８】
一方、自動検測装置は、旋盤１１２による加工後にワーク１１０の寸法を測定してワーク１１０の選別を行うとともに、その測定した寸法を旋盤１１２にフィードバックして加工条件の補正を行う。この自動検測装置は、図１１及び図１２に示すように、ワーク１１０に装着される測定ヘッド１１６と、その測定ヘッド１１６から出力された測定データを解析する管制部１１８とから構成されている。
【００５９】
前記測定ヘッド１１６は、一対のフィンガ１１６Ａ、１１６Ａを備えている。フィンガ１１６Ａ、１１６Ａは、それぞれ測定ヘッド１１６本体内に設けられた支点を中心に揺動自在に支持されており、その先端部にはコンタクト１１６Ｂ、１１６Ｂが取り付けられている。測定に際して、コンタクト１１６Ｂ、１１６Ｂは回転するワーク１１０の内周面又は外周面に当接され、このときのフィンガ１１６Ａ、１１６Ａの変位量が測定ヘッド１１６本体内に設けられた差動トランスによって電気信号として検出されて管制部１１８に出力される。
【００６０】
前記管制部１１８は、主としてタッチパネル１２０、ＣＰＵ１２４、メモリ１２８、整流回路１３０、ＡＤコンバータ１３２及び入出力回路１３４から構成されている。前記測定ヘッド１１６から出力されたフィンガ１１６Ａ、１１６Ａの変位量を示す電気信号は、整流回路１３０で整流されたのち、ＡＤコンバータ１３２に取り込まれてディジタル信号に変換される。そして、このディジタル信号に変換された測定データに基づいてＣＰＵ１２４がワーク１１０の寸法を算出する。ＣＰＵ１２４は算出したワーク１１０の寸法（測定寸法）と公差とを比較してワーク１１０の合否判定を行い、ＮＧワークを分類する。また、これと同時に入出力回路１３４を介して旋盤制御装置１１４に測定寸法を出力する。旋盤制御装置１１４は、この測定寸法に基づいて旋盤１１２の刃先位置やワーク位置等の補正を行う。
【００６１】
以上説明したように本実施の形態の自動検測装置は旋盤１１２で加工されたワーク１１０の寸法を測定してワーク１１０の選別を行うとともに、その測定寸法を旋盤１１２にフィードバックして加工条件の補正を行う。そして、本実施の形態の自動検測装置は、上記の自動検測機能に加えてワーク１１０の真円度を測定する真円度測定機能を有している。この真円度測定は、図１３に示すフローチャートに従って次のように行われる。
【００６２】
旋盤１１２によるワーク１１０の加工が終了すると（ステップＳ１１０）、管制部１１８は、旋盤制御装置１１４に回転開始信号を出力する。旋盤制御装置１１４は、この信号に基づいてワーク１１０を所定の角速度で回転させる（ステップＳ１１１）。
【００６３】
次に、管制部１１８は、測定ヘッド１１６からワーク１１０の各回転角度に対応する測定データのサンプリングを開始する（ステップＳ１１２）。そして、そのサンプリングデータを所定時間おきにメモリ１２８に記憶する（ステップＳ１１３）。
【００６４】
サンプリングはワーク１回転分行い（ステップＳ１１４）、その後、管制部１１８は、そのサンプリングデータに基づいて真円度解析処理を実行する。
【００６５】
すなわち、まず、サンプリングしたワーク１回転分の測定データのフィルタ処理を行う。次いで、そのフィルタ処理されたデータからワーク１１０の各回転角度に対応する半径を算出する。そして、図１４に示すように、その算出結果をタッチパネル１２０の表示画面上の極座標表示部１２０Ａに極座標表示する。また、これと同時に得られたワーク１１０の半径の最大値と最小値の差を求め真円度を算出する。そして、その算出結果をタッチパネル１２０の表示画面上のＰ−Ｐ値表示部１２０Ｂに表示する（ステップＳ１１５）。
【００６６】
以上により真円度測定は終了し、管制部１１８は旋盤制御装置１１４に回転停止信号を出力してワーク１１０の回転を停止させる（ステップＳ１１６）。
【００６７】
以上のように本実施の形態の自動検測装置によれば、自動検測機能に加えて真円度測定機能が備えられている。これにより、加工後にワーク１１０を別途真円度測定機に搬送してワーク１１０の真円度測定を行う必要がなくなり、生産ライン等で順次加工されるワーク全ての真円度測定を行うことができる。
【００６８】
ところで、上述したように本実施の形態の自動検測装置ではワーク１１０の真円度測定を行うことができるが、この真円度測定データを利用して加工したワーク１１０の真円度の良否の判定を行うこともできる。すなわち、管制部１１８は、前記のごとく真円度解析を実行して得られた真円度をオペレータが設定した真円度の上限値と比較する。そして、上限値を越えていなければ、図１４に示すようにタッチパネル１２０の表示画面上の判定部１２０Ｃに『ＯＫ』と表示する。一方、得られた真円度が上限値を越えていれば、前記判定部１２０Ｃに『ＮＧ』と表示する。
【００６９】
このように本実施の形態の自動検測装置によれば、ワーク１１０の真円度の良否も判定することができる。なお、このように判定した結果を必要に応じて外部の機器に出力するようにしてもよい。これにより、不良品をラインから除去する等の処理を行うことができる。
【００７０】
なお、真円度の上限値の設定はオペレータがタッチパネル１２０等から入力して行う。この際、設定は測定開始前にあらかじめ行っておいてもよいし、測定中あるいは測定後に行ってもよい。
【００７１】
また、フィルタ処理したワーク１１０の半径データを高速フーリエ変換して各周波数成分に分けて解析し（以下、『ＦＦＴ解析』という）、その結果を図１５に示すようにタッチパネル１２０上にパワースペクトル表示するようにしてもよい。これにより真円度の不良の原因を成分分析することができる。一般的に真円度では楕円、三角など低次の山成分における振幅が大きいために、びびりとされる２０山、３０山の振幅を消してしまうが、ＦＦＴ解析を使用すれば、各山数における振幅が明確になるため、びびりと特定した山数の振幅成分に対して解析ができる点が有効である。
【００７２】
さらに、ＦＦＴ解析して得られた特定周波数の振幅と、設定した当該周波数の振幅の上限値とを比較して、ワーク１１０の真円度の良否及び研削条件の良否を自動で判定するようにしてもよい。すなわち、管制部１１８は、ＦＦＴ解析の結果得られた特定周波数の振幅と、オペレータが設定した当該周波数の振幅の上限値とを比較する。そして、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、ＦＦＴ解析の結果得られた特定周波数の振幅が前記上限値を越えていなければ、タッチパネル１２０の表示画面上のＦＦＴ解析結果判定部１２０Ｄに『ＯＫ』と表示する。一方、ＦＦＴ解析の結果得られた特定周波数の振幅が前記上限値を越えていれば、前記ＦＦＴ解析結果判定部１２０Ｄに『ＮＧ』と表示する。
【００７３】
なお、図１６の例では判定範囲の山数（周波数）３〜８の成分の振幅の上限値が５μｍと設定され、判定範囲の山数１５〜２５の成分の振幅の上限値が３μｍと設定されている。そして、山数３〜８の成分の振幅の測定結果は８．０μｍであったため、ＦＦＴ解析結果判定部１２０Ｄには『ＮＧ』と表示され、山数１５〜２５の成分の振幅の測定結果は２．０μｍであったため、ＦＦＴ解析結果判定部１２０Ｄには『ＯＫ』と表示されている。
【００７４】
以上のようにしてワーク１１０の真円度の良否及び加工条件の良否を自動で判定することができる。なお、このように判定した結果を必要に応じて外部の機器に出力するようにしてもよい。これにより、不良品をラインから除去する等の処理を施すことができる。
【００７５】
なお、振幅の上限値の設定は、オペレータがタッチパネル１２０等から入力して行う。この際、設定は測定開始前にあらかじめ行っておいてもよいし、測定中あるいは測定後に行ってもよい。
【００７６】
また、本実施の形態では、周波数解析手段は半径データを高速フーリエ変換解析するようにしているが、他の解析方法を使用してもよい。
【００７７】
さらに、本実施の形態では、ワーク１１０を旋盤１１２の主軸に設けられたチャックに保持した状態でワーク１１０を測定するようにしているが（機内測定）、旋盤１１２とは別の回転駆動手段にワーク１１０を保持させて測定するようにしてもよい（機外測定）。すなわち、ワーク１１０を旋盤１１２で加工したのち、当該旋盤１１２のチャックからワーク１１０を取り外し、旋盤１１２とは別の回転駆動手段のチャックに取り付ける。そして、同様にワーク１１０を軸芯回りに回転させて、本実施の形態の自動検測装置で検測と真円度測定を実施するようにしてもよい。このとき旋盤１１２から取り外したワーク１１０を回転駆動手段のチャックに取り付ける際に、ワーク１１０の中心が回転駆動手段の回転中心からズレて取り付けられる場合があるので、この場合は偏心補正を行う。すなわち、サンプリングしたワーク１回転分の測定データのフィルタ処理を行ったのち、測定データからワーク１１０の軸芯を検出して偏心量（回転駆動手段の回転中心に対するワーク１１０の軸芯のズレ量）を算出し、測定データの偏心補正を行う。そして、その偏心補正した測定データからワーク１１０の各回転角度に対応する半径を算出して、その算出結果をタッチパネル１２０の表示画面上の極座標表示部１２０Ａに極座標表示する。
【００７８】
なお、上述した実施の形態のように機内測定を実施することにより、加工されたワーク１１０を別途機外の検測装置に搬送する必要がなくなり、効率よくワーク１１０を加工処理することができる。また、芯ズレの発生がないので、加工されたワーク１１０を精度よく測定することができる。
【００７９】
また、上記の実施の形態では、本発明に係る自動検測装置を旋盤に適用した例で説明しているが、他の工作機械にも適用することができる。
【００８０】
図１７は、第４の実施の形態の自動寸法計測装置を示す全体構成図であり、図１１に示した第３の実施の形態の自動寸法計測装置と同一又は類似の部材については同一の符号を付してその説明は省略する。
【００８１】
第３の実施の形態の自動寸法計測装置に対する第４の実施の形態の自動寸法計測装置の相違点は、測定ヘッド１４０を設けた点である。測定ヘッド１４０は、フィンガ１４０Ａを有し、このフィンガ１４０Ａは、測定ヘッド１４０本体内に設けられた支点を中心に揺動自在に支持されている。フィンガ１４０Ａの先端部にはコンタクト１４０Ｂが取り付けられ、このコンタクト１４０Ｂの先端部が、測定に際して、ワーク１１０の外周面に当接される。研削によりワーク１１０の寸法が変化すると、そのワーク１１０の寸法の変化に応じてフィンガ１４０Ａが揺動する。そして、そのフィンガ１４０Ａの変位が、測定ヘッド１４０本体内に設けられた差動トランスによって電気信号として検出され、管制部１１８に出力される。
【００８２】
図１８に示すように、管制部１１８は、旋盤１１２によるワーク１１０の加工が終了すると（ステップＳ１２０）、管制部１１８は、旋盤制御装置１１４に回転開始信号を出力する。旋盤制御装置１１４は、この信号に基づいてワーク１１０を所定の角速度で回転させる（ステップＳ１２１）。
【００８３】
次に、管制部１１８は、測定ヘッド１１６及び測定ヘッド１４０からワーク１１０の各回転角度に対応する測定データのサンプリングを開始する（ステップＳ１２２）。そして、そのサンプリングデータを所定時間おきにメモリ１２８に記憶する（ステップＳ１２３）。
【００８４】
サンプリングはワーク１回転分行い（ステップＳ１２４）、その後、管制部１１８は、そのサンプリングデータに基づいて真円度解析処理を実行する。
【００８５】
すなわち、まず、サンプリングしたワーク１回転分の測定データのフィルタリング処理を行う（ステップＳ１２５）。フィルタリング処理は、例えば、ユーザによって所定のカットオフ値に設定され、短波長のノイズ成分や、解析に必要な波長域以外の帯域等を除去する処理である。
【００８６】
次いで、測定ヘッド１１６で測定した測定データからワーク１１０の軸心を検出し、測定データの偏心補正を行う（ステップＳ１２６）。
【００８７】
次いで、測定ヘッド１１６及び測定ヘッド１４０で測定した測定データのサンプリングを用い、３点法に基づいてワーク回転誤差を除去する（ステップ１２７）。これにより、ワーク１０の回転誤差成分が除去されるので、ワーク１０の形状を正確に求めることができる。
【００８８】
次にワーク１０の中心と同軸の内接円と外接円との半径差を求め、真円度を算出する（ステップ１２８）。そして、ワーク１１０の各回転角に対応する半径の算出結果を、タッチパネル１２０の表示画面上に形成された極座標表示部１２０Ａに極座標表示する。これと同時に、真円度の算出結果をタッチパネル１２０の表示画面上に形成されたＰ−Ｐ値表示部１２０Ｂに表示する（ステップＳ１２９）。
【００８９】
以上により真円度測定は終了し、管制部１１８は旋盤制御装置１１４に回転停止信号を出力してワーク１１０の回転を停止させる（ステップＳ１３０）。
【００９０】
このように、本実施の形態の自動寸法計測装置は、測定ヘッド１６と測定ヘッド４０とによってワーク１０の寸法を３点で測定し、３点法によってデータを補正するようにしたので、ワーク１０の形状を正確に求めることができ、精度の良い真円度を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る自動寸法計測装置の第１の実施の形態を示す全体構成図
【図２】図１に示した自動定寸装置の構成を示すブロック図
【図３】図１に示した円筒研削盤の動作手順を示す説明図
【図４】真円度測定が極座標表示されたタッチパネルの出力画面
【図５】定寸加工直前又は定寸加工直後に真円度を算出する場合の管制部の処理手順を示したフローチャート
【図６】ＦＦＴ解析の結果がパワースペクトル表示されたタッチパネルの出力画面
【図７】ＦＦＴ解析の結果に基づくワークの真円度の良否の判定結果が表示されたタッチパネルの出力画面
【図８】本発明に係る自動寸法計測装置の第２の実施の形態を示す全体構成図
【図９】図８に示した自動寸法計測装置の管制部の処理手順を示すフローチャート
【図１０】図８に示した自動寸法計測装置の測定原理を示す説明図
【図１１】本発明に係る自動寸法計測装置の第３の実施の形態を示す全体構成図
【図１２】図１１に示した自動検測装置の構成を示すブロック図
【図１３】真円度を算出する場合の管制部の処理手順を示したフローチャート
【図１４】真円度測定が極座標表示されたタッチパネルの出力画面
【図１５】ＦＦＴ解析の結果がパワースペクトル表示されたタッチパネルの出力画面
【図１６】ＦＦＴ解析の結果に基づくワークの真円度の良否の判定結果が表示されたタッチパネルの出力画面
【図１７】本発明に係る自動寸法計測装置の第４の実施の形態を示す全体構成図
【図１８】図１７に示した自動寸法計測装置の管制部の処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００９２】
１０…ワーク、１２…砥石、１４…研削盤制御装置、１６…測定ヘッド、１８…管制部、２０…タッチパネル、４０…測定ヘッド
【図１】
2006153897.tif 000003
【図２】
2006153897.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006153897.tif 000007
【図６】
2006153897.tif 000008
【図７】
2006153897.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006153897.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2006153897.tif 000014
【図１３】
2006153897.tif 000015
【図１４】
2006153897.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2006153897.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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