(57)【要約】【課題】簡易な構成で高精度の検査を行うことができる検査装置および検査方法を提供することである。【解決手段】実施形態に係る検査装置は、中心軸を含み、前記中心軸に平行な方向の断面において、底面から離れるに従い前記中心軸に近づく方向に傾斜した側面を有する第１の反射部と、環状を呈し、前記第１の反射部を囲み、前記第１の反射部と同芯に設けられた第２の反射部と、検査対象の機械に取り付け可能とされ、前記第１の反射部の側面にレーザ光を照射可能な検出部と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を含み、前記中心軸に平行な方向の断面において、底面から離れるに従い前記中心軸に近づく方向に傾斜した側面を有する第１の反射部と、
環状を呈し、前記第１の反射部を囲み、前記第１の反射部と同芯に設けられた第２の反射部と、
検査対象の機械に取り付け可能とされ、前記第１の反射部の側面にレーザ光を照射可能な検出部と、
を備えた検査装置。
【請求項２】
前記第２の反射部の内側面は、前記第１の反射部の側面と逆方向、または同じ方向に傾斜している請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記第１の反射部の頂面は、底面に平行な平面となっている請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記第１の反射部の頂面に設けられた凸部または凹部をさらに備え、
前記凸部または前記凹部は、前記第１の反射部と同芯に設けられている請求項３記載の検査装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の検査装置を用いる検査方法であって、
中心軸に直交する平面内において、前記中心軸を中心とする第１の円周に沿って検出部を移動させるとともに、前記検出部から、前記第１の反射部の側面にレーザ光を照射し、前記側面、第２の反射部の内側面、前記側面をこの順で反射した前記レーザ光を受光して、前記検出部と前記側面との間の距離と、前記側面と前記内側面との間の距離と、の合計を求める工程を備えた検査方法。
【請求項６】
前記中心軸に直交する平面内において、前記中心軸を中心とする第２の円周に沿って前記検出部を移動させるとともに、前記検出部から、前記第１の反射部の頂面に前記レーザ光を照射して、前記検出部と前記頂面との間の距離を求める工程をさらに備えた請求項５記載の検査方法。
【請求項７】
前記中心軸に直交する方向に前記検出部を移動させるとともに、前記検出部から、凸部または凹部が設けられた前記第１の反射部の頂面に前記レーザ光を照射して、前記中心軸の位置を求める工程をさらに備えた請求項５または６に記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
数値制御により動作する工作機械においては、工具などを保持する保持部がワークに対して相対的に指令された位置に移動する。この場合、指令された位置と実際の位置との間にズレがあると、ワークの加工精度が低下して、加工表面性状に影響を及ぼす場合がある。そのため、保持部や保持部が設けられる軸の運動軌跡を求め、求められた運動軌跡に基づいてズレの原因を特定したり、数値制御を行うコントローラのパラメータを調整したりしている。例えば、変位計を介して連結された一対の球体の一方を保持部に取り付け、他方をテーブルに取り付け、保持部が円軌道上を移動するようにして保持部の運動軌跡を求めている。この様な方法は、ダブルボールバー法などと呼ばれている。また、交差格子スケール（または２次元直交格子エンコーダ）とよばれる専用の計測ヘッドによって、保持部の運動軌跡を求める技術も提案されている。  
しかしながら、これらの技術には、検査装置の構造が複雑になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１１４６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成で高精度の検査を行うことができる検査装置および検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る検査装置は、中心軸を含み、前記中心軸に平行な方向の断面において、底面から離れるに従い前記中心軸に近づく方向に傾斜した側面を有する第１の反射部と、環状を呈し、前記第１の反射部を囲み、前記第１の反射部と同芯に設けられた第２の反射部と、検査対象の機械に取り付け可能とされ、前記第１の反射部の側面にレーザ光を照射可能な検出部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施の形態に係る検査装置を例示するための模式斜視図である。
【図２】検査装置の模式断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る反射部を例示するための模式断面図である。
【図４】検出部と第１の反射部の頂面との間の距離の検査を例示するための模式図である。
【図５】ズレ量の演算を例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（検査装置）  
図１は、本実施の形態に係る検査装置を例示するための模式斜視図である。  
図２は、検査装置の模式断面図である。  
なお、図２は、反射部２０の中心軸２０ａを含み、中心軸２０ａに平行な方向の断面を表している。
【０００９】
図１および図２に示すように、検査装置１には、検出部１０および反射部２０が設けられている。検査を行う際には、検出部１０は、工具などを保持する保持部１００（例えば、コレットチャックなどのメカニカルチャック）に取り付けたり、保持部１００が設けられる軸に取り付ける。なお、検出部１０の取り付け場所は例示をしたものに限定されるわけではない。検出部１０は、検査対象の機械の工具などを取り付けるための主軸（スピンドル）とともにワークが搭載されるテーブル面１０１に対して相対的に移動するようにすればよい。反射部２０は、ワークが載置されるテーブル面１０１に取り付ける。
【００１０】
検出部１０は、検査対象の機械に取り付けられ、第１の反射部２１の側面（反射面２１ａ）にレーザ光を照射する。検出部１０は、検出位置において、検出部１０と反射面２１ａとの間の距離と、反射面２１ａと反射面２２ａとの間の距離と、の合計を求める。検出部１０は、例えば、干渉法を用いたレーザ変位センサなどとすることができる。また、検出部１０は、例えば、入射・反射を同光路で測定する同一軸測定センサとすることができる。  
なお、検査対象の機械は、数値制御により動作する加工機械とすることができる。加工機械は、例えば、フライス盤、ボール盤、中ぐり盤などの工作機械、６軸ロボットなどの産業用ロボットなどとすることができる。ただし、検査対象の機械は、例示をしたものに限定されるわけではない。
【００１１】
反射部２０は、第１の反射部２１と第２の反射部２２を有する。  
第１の反射部２１は、柱状を呈している。第１の反射部２１の側面は反射面２１ａとなっている。反射面２１ａは傾斜面となっている。反射部２０の中心軸２０ａを含み、中心軸２０ａに平行な方向の断面において、反射面２１ａは、反射部２０の底面２０ｂから離れるに従い中心軸２０ａに近づく方向に傾斜している。また、当該断面において、底面２０ｂと反射面２１ａとがなす角度θ１は、例えば、４５°とすることができる。なお、角度θ１は、４５°に限定されるわけではない。ただし、角度θ１が４５°であれば、後述するズレ量Ｘの演算を容易とすることができる。
【００１２】
反射面２１ａは、曲面とすることができる。第１の反射部２１の、反射面２１ａが設けられている部分の形状は、円錐台または円錐などとすることができる。ただし、第１の反射部２１の頂面２１ｂが平面となっていれば、後述する反射部２０の傾きを容易に求めることができる。  
また、反射面２１ａは、複数の平面状の反射面の集合体とすることもできる。例えば、反射面２１ａは、複数の短冊状の反射面を中心軸２０ａ周りに並べたものとすることができる。
【００１３】
頂面２１ｂは、反射部２０の底面２０ｂに平行な平面とすることができる。反射部２０をテーブル面１０１に取り付けた際には、頂面２１ｂは、テーブル面１０１と平行となる。
【００１４】
第２の反射部２２は、環状を呈している。第２の反射部２２は、第１の反射部２１を囲んでいる。第１の反射部２１の中心軸と、第２の反射部２２の中心軸は、反射部２０の中心軸２０ａと重なっている。すなわち、第２の反射部２２は、第１の反射部２１と同芯に設けられている。第１の反射部２１と第２の反射部２２は、底板２０ｃを介して一体化することができる。すなわち、反射部２０は、第１の反射部２１と第２の反射部２２を一体加工したものとすることができる。第１の反射部２１と第２の反射部２２は、例えば、切削加工により形成することができる。
【００１５】
第２の反射部２２の内側面は反射面２２ａとなっている。反射面２２ａは傾斜面となっている。反射部２０の中心軸２０ａを含み、中心軸２０ａに平行な方向の断面において、反射面２２ａは、反射部２０の底面２０ｂから離れるに従い中心軸２０ａから離れる方向に傾斜している。なお、反射面２２ａの傾斜方向は、反射面２１ａの傾斜方向と同じであってもよい。すなわち、第２の反射部２２の内側面（反射面２２ａ）は、第１の反射部２の側面（反射面２１ａ）と逆方向、または同じ方向に傾斜している。ただし、図２に示すように、反射面２２ａの傾斜方向が反射面２１ａの傾斜方向と逆であれば、加工性を向上させることができる。また、当該断面において、底面２０ｂと反射面２２ａとがなす角度θ２は、例えば、６０°とすることができる。なお、角度θ２は、６０°に限定されるわけではない。この場合、角度θ２を小さくすれば、後述するズレ量Ｘの検出精度を向上させることができる。ただし、角度θ２を小さくしすぎると、反射面２２ａの上に集光するレーザ光のスポット径が大きくなるので検査精度が低下するおそれがある。本発明者の得た知見によれば、角度θ２は６０°程度とすることが好ましい。
【００１６】
反射面２２ａは、曲面とすることができる。また、反射面２２ａは、複数の平面状の反射面の集合体とすることもできる。例えば、反射面２２ａは、複数の短冊状の反射面を中心軸２０ａ周りに並べたものとすることができる。この場合、反射面２２ａの短冊状の反射面は、反射面２１ａの短冊状の反射面と対峙させることができる。
【００１７】
反射部２０（第１の反射部２１および第２の反射部２２）の材料は、レーザ光に対する反射率が高く、且つ、切削加工が容易なものとすることが好ましい。反射部２０の材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などとすることができる。反射部２０の表面処理は、必要に応じて施せば良い。例えば、メッキ法やスパッタリング法などによりレーザ光に対する反射率が高い膜を反射部２０の表面に形成することができる。
【００１８】
図３（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る反射部を例示するための模式断面図である。  図３（ａ）に示すように、第１の反射部２１の頂面２１ｂには凸部２１ｃを設けることができる。凸部２１ｃの中心軸は、第１の反射部２１の中心軸と重なっている。すなわち、凸部２１ｃは、第１の反射部２１および第２の反射部２２と同芯に設けられている。凸部２１ｃは、先端側になるに従い、中心軸に直交する方向における断面積が小さくなる形状を有する。凸部２１ｃの形状は、例えば、球の一部（例えば、半球）、円錐台、円錐、角錐台、角錐などとすることができ。凸部２１ｃは、第１の反射部２１と一体加工することができる。凸部２１ｃは、例えば、切削加工により形成することができる。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、第１の反射部２１の頂面２１ｂには凹部２１ｄを設けることができる。凹部２１ｄの中心軸は、第１の反射部２１の中心軸と重なっている。すなわち、凹部２１ｄは、第１の反射部２１および第２の反射部２２と同芯に設けられている。凹部２１ｄは、底側になるに従い、中心軸に直交する方向における断面積が小さくなる形状を有する。凹部２１ｄの形状は、例えば、球の一部（例えば、半球）、円錐台、円錐、角錐台、角錐などとすることができ。凹部２１ｄは、第１の反射部２１と一体加工することができる。凹部２１ｄは、例えば、切削加工により形成することができる。
【００２０】
凸部２１ｃまたは凹部２１ｄが設けられていれば、第１の反射部２１の中心軸の位置、ひいては反射部２０の中心軸２０ａの位置を容易に求めることができる。例えば、まず、検出部１０から頂面２１ｂに向けてレーザ光を照射し、検出部１０と頂面２１ｂとの間の距離を求める。次に、中心軸２０ａに直交する方向（テーブル面１０１に平行な方向）に、検出部１０が取り付けられた保持部１００を移動させる。レーザ光が凸部２１ｃに照射されると、保持部１００（検出部１０）の移動とともに距離が変化する。凸部２１ｃの場合には、距離が最も短くなった位置が凸部２１ｃの頂点（凸部２１ｃの中心軸の位置）、すなわち反射部２０の中心軸２０ａの位置となる。レーザ光が凹部２１ｄに照射されると、保持部１００（検出部１０）の移動とともに距離が変化する。凹部２１ｄの場合には、距離が最も長くなった位置が凹部２１ｄの頂点（凹部２１ｄの中心軸の位置）、すなわち反射部２０の中心軸２０ａの位置となる。
【００２１】
（検査方法）  
次に、本実施の形態に係る検査方法について例示する。  
なお、以下においては、一例として、検出部１０が、保持部１００に取り付けられる場合を例示する。  
反射部２０は、テーブル面１０１に取り付けられる。  
まず、反射部２０の中心軸２０ａの位置を求める。例えば、凸部２１ｃまたは凹部２１ｄが設けられている場合には、前述した手順により中心軸２０ａの位置を求める。凸部２１ｃまたは凹部２１ｄが設けられていない場合には、治具などを用いて反射部２０の中心軸２０ａと保持部１００の中心軸とを合わせ、この際の保持部１００の位置データから中心軸２０ａの位置を求める。
すなわち、本実施の形態に係る検査方法は、中心軸２０ａに直交する方向に検出部１０を移動させるとともに、検出部１０から、凸部２１ｃまたは凹部２１ｄが設けられた第１の反射部２１の頂面２１ｂにレーザ光を照射して、中心軸２０ａの位置を求める工程を備えている。
【００２２】
ここで、テーブル面１０１に異物が付着していたり、テーブル面１０１が損傷している場合には、テーブル面１０１に取り付けられた反射部２０が傾く場合がある。また、保持部１００をテーブル面１０１に平行な方向に移動させた際に、保持部１００が上下方向に振れる場合がある。  
そのため、次に、検出部１０と第１の反射部２１の頂面２１ｂとの間の距離のバラツキを求める。  
図４は、検出部と第１の反射部の頂面との間の距離の検査を例示するための模式図である。  
まず、図４に示すように、検出部１０から頂面２１ｂに向けてレーザ光を照射し、検出部１０と頂面２１ｂとの間の距離を求める。次に、テーブル面１０１に平行な方向において、保持部１００が所定の円軌道上を移動するようにする。例えば、中心軸２０ａの位置を中心として保持部１００を円周方向に移動させるとともに、所定の間隔で距離を求める。距離のバラツキが大きい場合には、例えば、反射部２０の底面２０ｂとテーブル面１０１との間にシム（shim）を入れるなどして反射部２０の傾きが小さくなるようにする。また、反射部２０の傾きに基づいて、後述する角度θ１、θ２を補正してズレ量Ｘを求めることもできる。
すなわち、本実施の形態に係る検査方法は、中心軸２０ａに直交する平面内において、中心軸２０ａを中心とする第２の円周に沿って検出部１０を移動させるとともに、検出部１０から、第１の反射部２１の頂面２１ｂにレーザ光を照射して、検出部１０と頂面２１ｂとの間の距離を求める工程を備えている。
【００２３】
次に、保持部１００の運動軌跡を求める。  
まず、図２に示すように、検査対象の機械を制御して、保持部１００（検出部１０）を反射面２１ａの上方に移動させる。  
続いて、検出部１０が、反射面２１ａに向けてレーザ光を照射する。照射されたレーザ光は反射面２１ａで反射されて反射面２２ａに入射し、反射面２２ａで反射されて再び反射面２１ａに入射する。反射面２１ａに入射したレーザ光は、反射面２１ａで反射されて検出部１０に入射する。検出部１０は、反射面２２ａで折り返されたレーザ光を検出することで片道の光路長、すなわち、検出部１０と反射面２１ａとの間の距離と、反射面２１ａと反射面２２ａとの間の距離との合計を求める。  
続いて、保持部１００が所定の円軌道上を移動するようにする。例えば、中心軸２０ａの位置を中心として保持部１００を円周方向に移動させるとともに、所定の間隔で距離を求める。
すなわち、本実施の形態に係る検査方法は、中心軸２０ａに直交する平面内において、中心軸２０ａを中心とする第１の円周に沿って検出部１０を移動させるとともに、検出部１０から、第１の反射部２１の側面（反射面２１ａ）にレーザ光を照射して、検出部１０と側面（反射面２１ａ）との間の距離と、側面（反射面２１ａ）と第２の反射部２２の内側面（反射面２２ａ）との間の距離と、の合計を求める工程を備えている。
【００２４】
制御上の運動軌跡（入力データに基づいた運動軌跡）と、求められた運動軌跡（実際の運動軌跡）との差がズレ量Ｘとなる。また、運動軌跡の形状は、検査対象の機械に生じる不具合の種類に応じて異なるものとなる。例えば、保持部１００が取り付けられる軸に関するバックラッシュ、ガタ、引っかかり、真直度、および直角度や、制御系におけるサーボミスマッチなどの不具合の種類に応じて、運動軌跡の形状が異なるものとなる。そのため、求められた運動軌跡の形状に基づいて不具合の種類を特定することができる。
【００２５】
図５は、ズレ量の演算を例示するための模式図である。  
図５においては、テーブル面１０１に平行な方向における保持部１００（検出部１０）のズレ量をＸとしている。  
検出部１０が制御上の運動軌跡にある場合の検出部１０と反射面２１ａとの間の距離をＺ１、反射面２１ａと反射面２２ａとの間の距離をＺ２としている。  
検出部１０が制御上の運動軌跡からズレた位置にある場合の検出部１０と反射面２１ａとの間の距離をＺ１ａ、反射面２１ａと反射面２２ａとの間の距離をＺ２ａとしている。  前述したように、検出部１０は、距離Ｚ１と距離Ｚ２の合計を求めることができる。検出部１０は、距離Ｚ１ａと距離Ｚ２ａの合計を求めることができる。そのため、光路長の差ΔＺは以下の式により求めることができる。  
ΔＺ＝（Ｚ１＋Ｚ２）−（Ｚ１ａ＋Ｚ２ａ）
また、ズレ量Ｘと、反射面２１ａで反射した後のレーザ光の光路のズレ量Ｘａとの関係は、以下の式で表すことができる。  
ｔａｎθ１＝Ｘａ／Ｘ  
また、光路のズレ量Ｘａと光路長の差ΔＺとの関係は、以下の式で表すことができる。  ｔａｎθ２＝Ｘａ／ΔＺ  
以上より、ズレ量Ｘは以下の式により求めることができる。  
Ｘ＝［（Ｚ１＋Ｚ２）−（Ｚ１ａ＋Ｚ２ａ）］・ｔａｎθ２／ｔａｎθ１  
以上に説明したように本実施の形態に係る検査装置１および検査方法とすれば、簡易な構成で高精度の検査を行うことができる。
【００２６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  検査装置、１０  検出部、２０  反射部、２０ａ  中心軸、２０ｂ  底面、２０ｃ  底板、２１  第１の反射部、２１ａ  反射面、２１ｂ  頂面、２１ｃ  凸部、２１ｄ  凹部、２２  第２の反射部、２２ａ  反射面、１００  保持部、１０１  テーブル面
【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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