(57)【要約】【課題】ワークの加工面形状の実態を正確に測定することができる加工・測定システムなどを提供する。【解決手段】加工・測定システム１は、ワーク底面を支持する各支持装置２０，５０、各支持装置２０，５０の作動を制御する支持制御装置３０，６０、各支持装置２０，５０に作用する力を検出する各ロードセル３１，６１をそれぞれ具備した加工装置１０及び測定装置４０と、これらを相互に接続する通信回線３５とからなる。加工装置１０の各ロードセル３１により検出される荷重値が測定装置４０に送信されるとともに、各支持装置２０による支持部位と同一部位が、各支持装置５０によって支持され、各ロードセル６１により検出される荷重値が受信荷重値と同じ値となるように制御される。これにより、測定装置４０におけるワーク支持状態が加工装置１０における支持状態と同じ状態となる。【選択図】　　　　　図１
2004061152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持具により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する方法であって、
昇降機構部を備えた複数の支持手段の前記昇降機構部によって前記被加工物の底面を支持するとともに、該各昇降機構部による支持部位を、機械加工時に前記支持具により支持された支持部位と同一にし、且つ前記各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係を、機械加工時に前記支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にした後、前記被加工物の加工面形状を測定するようにしたことを特徴とする測定方法。
【請求項２】
支持具により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する装置であって、
前記被加工物の三次元形状を測定する三次元測定手段と、
昇降機構部を備え、機械加工時に前記支持具によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位を、該昇降機構部によって支持する複数の支持手段と、
前記各昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の力学量検出手段と、
前記各力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各昇降機構部を駆動制御して、該各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係を、機械加工時に前記支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にする制御手段とを備えてなることを特徴とする測定装置。
【請求項３】
前記力学量検出手段が、前記昇降機構部の上下方向における位置を検出する位置検出器から構成され、
前記力学量が、前記昇降機構部の上下方向における位置として把握される請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
前記力学量検出手段が、前記昇降機構部に作用する力を検出する力検出器から構成され、
前記力学量が、前記昇降機構部に作用する力として把握される請求項２記載の測定装置。
【請求項５】
第１昇降機構部を有し、該第１昇降機構部によって被加工物の底面を支持する複数の第１支持手段、前記各第１昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の第１力学量検出手段、並びに、前記各第１力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各第１昇降機構部を駆動制御する第１制御手段を備え、前記各第１昇降機構部によって支持された被加工物を機械加工する加工装置と、
第２昇降機構部を備え、機械加工時に前記第１昇降機構部によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位を、該第２昇降機構部によって支持する複数の第２支持手段、前記各第２昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の第２力学量検出手段、該各第２力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各第２昇降機構部を駆動制御する第２制御手段、並びに、前記第２支持手段によって支持された前記被加工物の三次元形状を測定する三次元測定手段を備えた測定装置とを、
電気通信回線を介し接続して構成される加工・測定システムであって、
前記測定装置の第２制御手段が、前記加工装置の各第１力学量検出手段によって検出された力学量を前記加工装置から受信し、受信した力学量と前記各第２力学量検出手段によって検出される力学量とが同一の値となるように、前記各第２昇降機構部を駆動制御するように構成されてなることを特徴とする加工・測定システム。
【請求項６】
前記第１，第２力学量検出手段が、それぞれ前記第１，第２昇降機構部の上下方向における位置を検出する位置検出器から構成され、
前記力学量が、前記第１，第２昇降機構部の上下方向における位置として把握される請求項５記載の加工・測定システム。
【請求項７】
前記第１，第２力学量検出手段が、それぞれ前記第１，第２昇降機構部に作用する力を検出する力検出器から構成され、
前記力学量が、前記第１，第２昇降機構部に作用する力として把握される請求項５記載の加工・測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、適宜支持装置（具）により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する測定方法及び測定装置、並びに加工・測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被加工物（以下、「ワーク」という）を機械加工する工作機械は、例えば、ベッドと、ベッド上に配設され、水平面内で移動可能となったテーブルと、ベッド上に固設されたコラムと、コラムに支持され、上下方向に移動可能となった主軸頭と、主軸頭によって回転自在に支持される主軸と、テーブルや主軸頭を各方向に移動させる送り機構部などを備えて構成される。
【０００３】
前記テーブル上には、適宜支持具やクランプ装置などによってワークが支持，固定され、かかるテーブルと、工具が装着された状態で回転駆動される前記主軸とが、前記送り機構部によって前記各方向に移動せしめられることにより、ワークと工具とが相対移動せしめられて、当該工具によってワークが加工される。
【０００４】
そして、このようにして機械加工されたワークは、その加工面形状が適宜測定装置によって測定されるが、かかる測定を総合的に行い得る測定装置として、三次元測定装置が多用されている。この三次元測定装置は、ワークが支持具などによって支持された状態で載置される測定台と、測定台上に載置されたワークの加工面の位置を検出する接触式若しくは非接触式の測定子と、この測定子を直交３軸方向に移動させる駆動機構部と、駆動機構部に付設されて前記測定子の位置を検出するリニアエンコーダと、このリニアエンコーダによって検出される位置データ及び前記測定子から出力される検出信号を基に、ワークの実加工面形状に係るデータを算出する形状データ算出処理部などを備えて構成される。
【０００５】
斯くして、前記工作機械で機械加工されたワークは、そのテーブル上から取り外された後、三次元測定装置の測定台上に載置され、当該三次元測定装置によってその加工面形状が測定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ワークを前記テーブルや測定台上に載置する際には、上述したように、通常、ワーク底面の複数個所を適宜支持具によって支持するようにしている。これは、ワーク底面全体を直にテーブルや測定台上に載置すると、テーブルや測定台とワークとの間に異物が介在し易く、このために、加工精度や測定精度が悪化することが懸念されるからである。また、このような支持状態では、機械加工の加工精度や測定精度が前記ワーク底面の加工精度によって大きく影響されるため、当該機械加工の加工精度や測定精度を高めるためには、ワーク底面を必要以上に高精度に仕上げなければならないという問題も有るからである。
【０００７】
その一方、ワークは完全な剛体ではないため、上記の如く、支持具によりワーク底面の複数個所を支持したのでは、自重によってワークに撓み（変形）を生じる。したがって、ワーク加工面形状の測定に際し、測定時のワーク支持状態（具体的には、ワークを支持する部位及び各支持具相互間の上下方向における支持位置関係）が加工時のワーク支持状態と異なれば、加工時のワークの変形状態と測定時のワークの変形状態とが異なることとなり、ワークの加工面形状が加工時と測定時とで異なることとなる。
【０００８】
ところが、従来、このような自重によるワークの変形は何ら考慮されておらず、加工時のワーク支持状態と測定時のワーク支持状態との間には、相互に何らの関連性も無く、それぞれ異なるものとなっていた。このため、従来では、支持状態の相違によって生じた変形後の加工面形状を測定する結果となっていた。これでは、機械加工された加工面形状の実態を正確に測定（把握）することができない。そして、このようにして測定された測定結果を次加工に反映すべく、かかる測定結果を基に工具補正量などを調整すると、却って加工精度の悪化を招くこととなる。
【０００９】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、ワークの加工面形状の実態を正確に測定することができる測定方法及び測定装置、並びに加工・測定システムの提供をその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、支持具により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する方法であって、
昇降機構部を備えた複数の支持手段の前記昇降機構部によって前記被加工物の底面を支持するとともに、該各昇降機構部による支持部位を、機械加工時に前記支持具により支持された支持部位と同一にし、且つ前記各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係を、機械加工時に前記支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にした後、前記被加工物の加工面形状を測定するようにしたことを特徴とする測定方法に係る。
【００１１】
そして、この測定方法は、以下の測定装置によってこれを好適に実施することができる。
即ち、この測定装置は、支持具により底面が支持されて機械加工された被加工物の加工面形状を測定する装置であって、
前記被加工物の三次元形状を測定する三次元測定手段と、
昇降機構部を備え、機械加工時に前記支持具によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位を、該昇降機構部によって支持する複数の支持手段と、
前記各昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の力学量検出手段と、
前記各力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各昇降機構部を駆動制御して、該各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係を、機械加工時に前記支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にする制御手段とを備えて構成される。
【００１２】
この測定装置によれば、機械加工時に支持具によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位が各昇降機構部よってそれぞれ支持されるとともに、各力学量検出手段によって当該各昇降機構部の物理的支持状態に係る力学量がそれぞれ検出され、各力学量検出手段により検出された力学量を基に、制御手段によって各昇降機構部が駆動制御されて、これら各昇降機構部相互間における上下方向の支持位置関係が、機械加工時に支持具により支持された上下方向の支持位置関係と同一にされる。
【００１３】
これにより、被加工物は、機械加工時に支持具によって支持された支持状態と同じ状態で、測定装置の昇降機構部によって支持されることになる。
【００１４】
その後、このようにして底面が各昇降機構部により支持された被加工物の三次元形状（加工面形状）が、三次元測定手段によって測定される。尚、前記三次元測定手段には、接触式の他非接触式の測定子を備えたものが含まれる。
【００１５】
上述したように、支持具等によって被加工物底面の複数個所を支持した場合、自重によって被加工物に変形を生じるため、測定時の支持状態が加工時の支持状態と異なる場合には、加工時の被加工物の変形状態と測定時の被加工物の変形状態とが異なることとなり、結果、被加工物の加工面形状が加工時と測定時とで異なるという問題を生じる。
【００１６】
この測定装置によれば、測定時の被加工物の支持状態が機械加工時の支持状態と同じ状態となるようにしているので、測定時の被加工物の変形状態を加工時の被加工物の変形状態と同じ状態にすることができ、この結果、被加工物の加工面形状を加工時と測定時とで一致させることが可能となる、即ち、加工時の被加工物の加工面形状を測定時に再現することが可能となる。これにより、機械加工後の加工面形状の実態を正確に測定（把握）することができ、このようにして正確に測定された加工面形状の実態を次加工に反映することで、加工精度の更なる向上を図ることができる。
【００１７】
尚、前記力学量とは、例えば、幾何学量である位置や距離など、並びに狭義の力学量である力や圧力などを含む概念である。したがって、前記力学量検出手段は、昇降機構部の上下方向における位置を検出する位置検出器や、或いは昇降機構部に作用する力を検出する力検出器からこれを構成することができる。そして、位置検出器とする場合には、前記力学量は上下方向における昇降機構部の位置として把握される。また、力検出器とする場合には、前記力学量は昇降機構部に作用する力として把握されるが、これは、昇降機構部の支持位置によって、各昇降機構部に作用する力がそれぞれ異なるため、これを検出することによって、当該昇降機構部の支持位置を把握することができることに基づくものである。
【００１８】
また、本発明は、第１昇降機構部を有し、当該１昇降機構部によって被加工物の底面を支持する複数の第１支持手段、前記各第１昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の第１力学量検出手段、並びに、前記各第１力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各第１昇降機構部を駆動制御する第１制御手段を備え、前記各第１昇降機構部によって支持された被加工物を機械加工する加工装置と、
第２昇降機構部を備え、機械加工時に前記第１昇降機構部によって支持された被加工物底面の支持部位と同一部位を、該第２昇降機構部によって支持する複数の第２支持手段、前記各第２昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る力学量を検出する複数の第２力学量検出手段、該各第２力学量検出手段により検出された力学量を基に前記各第２昇降機構部を駆動制御する第２制御手段、並びに、前記第２支持手段によって支持された前記被加工物の三次元形状を測定する三次元測定手段を備えた測定装置とを、電気通信回線を介し接続して構成される加工・測定システムであって、
前記測定装置の第２制御手段が、前記加工装置の各第１力学量検出手段によって検出された力学量を前記加工装置から受信し、受信した力学量と前記各第２力学量検出手段によって検出される力学量とが同一の値となるように、前記各第２昇降機構部を駆動制御するように構成された加工・測定システムに係る。
【００１９】
この加工・測定システムによれば、まず、加工に際し被加工物を支持した状態の第１支持手段に作用する力学量が、電気通信回線を介して加工装置から測定装置に送信される。そして、これを受信した測定装置では、同じ被加工物を第２支持手段によって支持するに際し、各第２力学量検出手段によって検出される力学量が、受信した各力学量と同一の値となるように、第２制御手段によって各第２昇降機構部の作動が制御される。これにより、第２支持手段における被加工物の支持状態、即ち、測定時の被加工物の支持状態が、第１支持手段における被加工物の支持状態、即ち、加工時の被加工物の支持状態と同じ状態にされる。
【００２０】
このように、この加工・測定システムによれば、加工時の被加工物の支持状態に係るデータを、電気通信回線を介し測定装置に送信して、測定時の被加工物の支持状態を加工時の支持状態に合わせるようにしているので、測定時の支持状態を加工時のそれに合わせるに当たり、これを正確且つ容易に行うことができる。
【００２１】
尚、前記第１，第２力学量検出手段は、上記と同様に、これを位置検出器や力検出器から構成することができる。また、前記電気通信回線には、ＬＡＮ，ＶＡＮ，専用の電話回線や光通信回線などネットワークを構築するための各種通信回線が含まれる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る加工・測定システムの概略構成を示したブロック図である。また、図２は、本実施形態に係る加工装置の一部を示した正面図であり、図３は、本実施形態に係る測定装置の一部を示した正面図である。また、図４は、本実施形態に係る支持装置などの概略構成を一部ブロック図で示した平面図であり、図５は、図４における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本例の加工・測定システム１は、加工装置１０と、測定装置４０と、これら加工装置１０と測定装置４０とを接続する通信回線３５とから構成される。
【００２４】
前記加工装置１０は、図１，図２，図４及び図５に示すように、水平面内で移動可能となったテーブル１１と、上下方向に移動可能となった主軸１２と、テーブル１１上に適宜間隔で配設され、ワークＷを支持する複数の支持装置２０と、各支持装置２０の作動を制御する支持制御装置３０と、各支持装置２０の上端部に配設されたロードセル３１などを備える。尚、前記テーブル１１と主軸１２とは図示しない適宜送り機構部によって前記各方向に移動せしめられる。
【００２５】
前記支持装置２０は、内部が中空に形成された円筒状の本体２１と、本体２１内の下部に固設された下部部材２２と、軸受２３を介し下部部材２２によって回転可能に支持されるウォームホイール２４と、ウォームホイール２４の中心部に螺合し、このウォームホイール２４の回転に伴って矢示方向（上下方向）に昇降する昇降部材２５と、ウォームホイール２４と噛合するウォーム２６と、ウォーム２６に減速機（図示せず）を介して回転動力を付与し、このウォーム２６を回転させる駆動モータ２７とを備えて構成されており、前記ロードセル３１を介し昇降部材２５によってワークＷの底面が支持される。
【００２６】
尚、前記各ロードセル３１は、ワークＷを支持することによって各支持装置２０に作用する力を検出するために設けられている。各支持装置２０に作用する力は、当該支持装置２０の上下方向における支持位置によってそれぞれ異なるため、これを検出することによって、各支持装置２０の支持位置をそれぞれ把握することができる。
【００２７】
前記支持制御装置３０は、各ロードセル３１によって検出される荷重値を受信し、受信した荷重値が予め設定された目標荷重値となるように、各駆動モータ２７を駆動制御して、各支持装置２０の支持位置をそれぞれ調整するとともに、各ロードセル３１によって検出される荷重値を、通信回線３５を介して前記測定装置４０に送信する。尚、前記目標荷重値は、図示しない適宜入力装置から入力される。
【００２８】
前記測定装置４０は、図１，図３，図４及び図５に示すように、ワークＷが載置される測定台４１を具備した三次元測定機４２と、前記支持装置２０と同一間隔で測定台４１上に配置されるとともに、当該支持装置２０によって支持されたワークＷ底面の支持部位と同一部位を支持可能となった複数の支持装置５０と、各支持装置５０の作動を制御する支持制御装置６０と、各支持装置５０の上端部に配設されたロードセル６１とを備えて構成される。
【００２９】
前記三次元測定機４２は、その詳細な構造については図示しないが、ワークＷに接触したときにのみ検出信号を出力する測定子４３と、測定子４３を直交３軸方向に移動させる駆動機構部（図示せず）と、駆動機構部（図示せず）に付設されて測定子４３の位置を検出するリニアエンコーダ（図示せず）と、測定子４３から出力される検出信号、及びリニアエンコーダ（図示せず）によって検出される位置データを基に、ワークＷの実加工面形状に係るデータを算出する形状データ算出処理部（図示せず）などを備えている。
【００３０】
前記支持装置５０は、本体５１，下部部材５２，軸受５３，ウォームホイール５４，昇降部材５５，ウォーム５６，駆動モータ５７などからなり、昇降部材５５により前記ロードセル６１を介してワークＷ底面を支持する。尚、支持装置５０は前記支持装置２０と同じ構造であるので、その詳細な説明については、これを省略する。
【００３１】
前記支持制御装置６０は、各ロードセル６１によって検出される荷重値を受信するとともに、前記支持制御装置３０から送信された荷重値を受信し、各ロードセル６１によって検出される荷重値と、これに対応する前記支持制御装置３０から受信した荷重値とが同一の値となるように、即ち、各支持装置５０相互間における上下方向の支持位置関係が、前記各支持装置２０によって支持された上下方向の支持位置関係と同一になるように、各駆動モータ５７を駆動制御して、各支持装置５０の支持位置をそれぞれ調整する。
【００３２】
以上のように構成された本例の加工・測定システム１によれば、以下に説明するようにして、ワークＷが加工装置１０により機械加工され、機械加工されたワークＷの加工面形状が測定装置４０により測定される。
【００３３】
まず、ワークＷは、その底面が各支持装置２０によって支持された状態で、適宜クランプ装置（図示せず）などによってテーブル１１上に固定される。このとき、各ロードセル３１によって検出される荷重値が、予め設定された目標荷重値となるように、各駆動モータ２７が支持制御装置３０によって駆動制御されて、各支持装置２０における上下方向の支持位置がそれぞれ調整される。また、各ロードセル３１によって検出される荷重値は、支持制御装置３０によって通信回線３５を介して測定装置４０の支持制御装置６０に送信される。
【００３４】
その後、工具Ｔが装着され、適宜回転駆動せしめられる主軸１２と、テーブル１１とが、送り機構部（図示せず）によって前記各方向にそれぞれ移動せしめられることにより、ワークＷと工具Ｔとが相対移動せしめられて、当該工具ＴによってワークＷが加工される。
【００３５】
そして、機械加工されたワークＷはテーブル１１上から取り外されて測定装置４０に搬入され、前記支持装置２０による支持部位と同一部位が各支持装置５０によってそれぞれ支持される。ついで、各ロードセル６１によって検出される荷重値と、これに対応する支持制御装置３０から受信した荷重値とが同じ値となるように、即ち、各支持装置５０相互間における上下方向の支持位置関係が、前記各支持装置２０相互間における上下方向の支持位置関係と同じ状態となるように、支持制御装置６０により各駆動モータ５７が駆動制御され、各支持装置５０における支持位置がそれぞれ調整される。
【００３６】
これにより、ワークＷは、加工装置１０の支持装置２０によって支持された支持状態と同じ状態で、測定装置２０の支持装置５０によって支持されることになる。
【００３７】
その後、駆動機構部（図示せず）によって測定子４３を予め設定された各測定位置に移動させ、当該測定位置において測定子４３をワークＷに接触させることにより、測定子４３から接触信号が出力され、この接触信号と、リニアエンコーダ（図示せず）によって検出される位置データとを基に、形状データ算出処理部（図示せず）においてワークＷの実加工面形状が算出される。
【００３８】
ところで、上述したように、支持具等によってワークＷ底面の複数個所を支持した場合、自重によってワークＷに変形を生じるため、測定時の支持状態が加工時の支持状態と異なる場合には、加工時のワークＷの変形状態と測定時のワークＷの変形状態とが異なることとなり、結果、ワークＷの加工面形状が加工時と測定時とで異なるという問題を生じる。
【００３９】
本例の加工・測定システム１によれば、測定時のワークＷの支持状態が加工時の支持状態と同じ状態となるようにしているので、測定時のワークＷの変形状態を加工時のワークＷの変形状態と同じ状態にすることができ、この結果、ワークＷの加工面形状を加工時と測定時とで一致させることが可能となる、即ち、加工時のワークＷの加工面形状を測定時に再現することが可能となる。これにより、機械加工後の加工面形状の実態を正確に測定（把握）することができ、このようにして正確に測定された加工面形状の実態を次加工に反映することで、加工精度の更なる向上を図ることができる。
【００４０】
また、加工時のワークＷの支持状態に係るデータを、通信回線３５を介し測定装置４０に送信して、測定時のワークＷの支持状態を加工時の支持状態に合わせるようにしているので、測定時の支持状態を加工時のそれに合わせるに当たり、これを正確且つ容易に行うことができる。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００４２】
上例では、各支持装置２０，５０の支持位置を、各支持装置２０，５０に作用する力から把握するように構成したが、これに限られるものではなく、前記駆動モータ２７，５７をサーボモータとするとともに、前記ロードセル３１，６１を前記サーボモータに付設されたロータリエンコーダとして、当該ロータリエンコーダによりサーボモータの回転位置を検出することによって、各支持装置２０，５０の支持位置を検出するように構成することもできる。
【００４３】
この場合、前記支持制御装置３０は、各ロータリエンコーダ（支持装置２０側）によって検出される回転位置が、適宜設定された目標回転位置と一致するように、各サーボモータ（支持装置２０側）を駆動制御し、前記支持制御装置６０は、各ロータリエンコーダ（支持装置５０側）によって検出される回転位置と、支持制御装置３０から受信した回転位置とが同一の値になるように、各サーボモータ（支持装置５０側）を駆動制御する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る加工・測定システムの概略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態に係る加工装置の一部を示した正面図である。
【図３】本実施形態に係る測定装置の一部を示した正面図である。
【図４】本実施形態に係る支持装置などの概略構成を一部ブロック図で示した平面図である。
【図５】図４における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【符号の説明】
１　　加工・測定システム
１０　加工装置
１１　テーブル
１２　主軸
２０，５０　支持装置
２５，５５　昇降部材
２７，５７　駆動モータ
３０，６０　支持制御装置
３１，６１　ロードセル
４０　測定装置
４１　測定台
４２　三次元測定機
４３　測定子
【図１】
2004061152.tif 000003
【図２】
2004061152.tif 000004
【図３】
2004061152.tif 000005
【図４】
2004061152.tif 000006
【図５】
2004061152.tif 000007