(57)【要約】【課題】三次元測定機を外部雰囲気下に設置しても、その温度の影響を受けずに、基準となる三次元座標系を設定することができる基準ブロックを提供する。【解決手段】三次元測定用基準ブロック１は、環状をした部材から構成され、環内にワークＷが位置した状態で、加工用治具２の取付面４ａに取り付けられるための取付部１０ａを備えたブロック本体１０と、ブロック本体１０の、加工用治具２とは反対側の面に付設された３つの球体１１，１２，１３とを備える。球体１１，１２，１３は、各中心点の中から選択した２つの中心点を結んで得られる３つの直線の内の２つの直線が互いに直交するように配置される。ブロック本体１０は、２０℃〜１００℃の温度範囲で線膨張係数が０〜１．２×１０−６／℃であるＦｅ−３６％Ｎｉインバー合金から構成される。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用治具に取り付けられて機械加工され、該加工用治具に取り付けられた状態のワークの加工形状を三次元測定機によって測定する際に、測定基準となる三次元座標系を設定するために使用される基準ブロックであって、
環状をした部材から構成され、環内に前記ワークが位置した状態で、前記加工用治具の前記ワークが取り付けられる面に取り付けられるための取付部位を備えたブロック本体と、
前記ブロック本体の、前記加工用治具に取り付けられる面とは反対側の面に付設される少なくとも３つの球体であって、これら３つの球体の中心点の中から選択した２つの中心点を結んで得られる３つの直線の内の２つの直線が互いに直交するように配置された球体とを備えてなり、
前記ブロック本体は、２０℃〜１００℃の温度範囲で線膨張係数が０〜１．２×１０−６／℃であるＦｅ−３６％Ｎｉインバー合金から構成されてなることを特徴とする三次元測定用基準ブロック。
【請求項２】
前記ブロック本体の前記取付部位と対峙する位置に、該ブロック本体が前記加工用治具に取り付けられた状態で、該ブロック本体を前記加工用治具から離れる方向に付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の三次元測定用基準ブロック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工用治具に取り付けられて機械加工されたワークの加工形状を、ワークが加工用治具に取り付けられたままの状態で三次元測定機により測定する際に、測定基準となる三次元座標系を設定するための基準ブロックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械加工の分野では、工作機械などを用いて所定形状に加工したワークの加工形状を三次元測定機などにより測定して、当該加工形状が所定の加工精度を満足しているか否かを確認している。この三次元測定機は、通常、工作機械から離れた位置で、室温が基準温度（２０℃）に調節された測定室内に配設され、ワークの加工形状はかかる基準温度の雰囲気下で測定される。
【０００３】
ところが、このような態様の測定では、ワークを連続加工している場合には、測定結果が出るまでに相当数のワークが加工されるため、測定によってワークの加工形状が所定の許容範囲を超えたことが判明したときには、既に、不良品である相当数のワークが加工されており、加工に要した材料費、人件費やその他経費が全く無駄になるという問題がある。
【０００４】
そこで、従来、連続加工されるワークが一定の加工精度を満足するように、機械加工されたワークの三次元形状を機上や工作機械の近傍で測定し、得られた結果を基に直ちに工具補正量などを調整して測定結果を次の加工に反映させるといったことが行われている（特許文献１参照）。
【０００５】
かかる測定を可能にしたＮＣ工作機械の一例を図６及び図７に示す。同図に示すように、このＮＣ工作機械１００は、ＮＣ工作機械本体１１０及びパレット交換装置１２０と、これらＮＣ工作機械本体１１０及びパレット交換装置１２０の近傍に配設された三次元測定機１３０から構成される。尚、三次元測定機１３０及び作業領域側のパレット５０はカバー１３３で覆われ、カバー１３３内は温度調節手段１３４によって、その内部温度が一定に調節されている。
【０００６】
このＮＣ工作機械１００によれば、加工領域側のパレット５０に装着されたワークＷの加工が完了すると、この加工領域側のパレット５０と作業領域側のパレット５０とが、パレット交換装置１２０の交換機構１２２によってそれぞれ交換される。
【０００７】
そして、作業領域側では、加工されたワークＷの加工形状が三次元測定機１３０によって測定される。即ち、三次元測定機１３０のプローブ１３２を予め設定された各測定位置に移動させて、当該位置においてプローブ１３２先端部の測定子１３２ａをワークＷに接触させ、接触によってプローブ１３２から出力される接触信号と、リニアエンコーダ（図示せず）などによって検出されるプローブ１３２の位置とを基に、所定のデータ処理装置（図示せず）によりワークＷの加工形状が算出されるのである。
【０００８】
そして、このようにして測定が行われると、その結果を基に、加工で使用される工具補正量が適宜修正され、測定結果が直ちに次加工に反映される。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００３−８０４２６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のＮＣ工作機械１００のように、三次元測定機１３０をカバー１３３で囲み、その内部温度を温度調節手段１３４によって調節するようにすると、一定の基準雰囲気温度の下でワークＷを測定することができ、高精度な測定結果が得られるというメリットがある反面、設備費や電力費など、イニシャルコストやランニングコストが高くなるという問題がある。
【００１１】
一方、上記コスト面を考慮して、カバー１３３や温度調節手段１３４の設置を省き、三次元測定機１３０をそのまま外部雰囲気下に設置するといった態様も考えられるが、この場合には、上記コストの削減は図れるものの、三次元測定機１３０の他、パレット５０やこれに設置した取付治具などが外部雰囲気の温度変化によって容易に熱変動を来たし、精度の良い測定を行うことができないという問題がある。
【００１２】
即ち、通常、上記のように設置された三次元測定機１３２では、例えば、３つの球状の基準体を、取付治具に取り付けられたワークＷの周辺に配置し、この基準体の位置を基に測定基準となる三次元座標系を設定してワークＷの三次元形状を測定するのであるが、ワークＷに対する各基準体の相対的な位置や基準体相互間の位置が前記外部雰囲気によって刻々と変位（熱変位）するため、設定される三次元座標系も刻々と変化し、このため、例え、ワークＷが同じような加工形状に加工されていたとしても、その測定結果が毎回異なったものとなり、正確にワークＷの加工形状を測定することができないのである。
【００１３】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、三次元測定機をカバーで囲むことなくそのまま外部雰囲気下に設置した態様においても、外部雰囲気温度の影響を受けずに、測定基準となる三次元座標系を設定することができる基準ブロックの提供をその目的とする。
【００１４】
【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、加工用治具に取り付けられて機械加工され、該加工用治具に取り付けられた状態のワークの加工形状を三次元測定機によって測定する際に、測定基準となる三次元座標系を設定するために使用される基準ブロックであって、
環状をした部材から構成され、環内に前記ワークが位置した状態で、前記加工用治具の前記ワークが取り付けられる面に取り付けられるための取付部位を備えたブロック本体と、
前記ブロック本体の、前記加工用治具に取り付けられる面とは反対側の面に付設される少なくとも３つの球体であって、これら３つの球体の中心点の中から選択した２つの中心点を結んで得られる３つの直線の内の２つの直線が互いに直交するように配置された球体とを備えてなり、
前記ブロック本体は、２０℃〜１００℃の温度範囲で線膨張係数が０〜１．２×１０−６／℃であるＦｅ−３６％Ｎｉインバー合金から構成されてなることを特徴とする三次元測定用基準ブロックに係る。
【００１５】
この発明によれば、まず、基準ブロックが、その取付部位を利用して加工用治具に取り付けられ、この状態で、ブロック本体の環内に位置するように、ワークが加工用治具に取り付けられる。
【００１６】
そして、このようにして基準ブロックとともに加工用治具に取り付けられたワークが所望の形状となるように工作機械によって機械加工され、加工後のワーク形状が、例えば工作機械の近傍に配置された三次元測定機によって測定される。
【００１７】
三次元測定機によるワーク形状の測定は、まず、ブロック本体に付設された少なくとも３つの球体の中から適宜選択された３つの球体の中心位置を三次元測定機により測定することによって、測定基準となる三次元座標系（これをワーク座標系という）が設定される。
【００１８】
尚、前記３つの球体の選択に当たっては、これら３つの球体の中心点の中から選択した２つの中心点を結んで得られる３つの直線の内の２つの直線が互いに直交するような位置関係に配置された３つの球体が選択される。いま、直交三軸方向に配置された三次元測定機のリニアエンコーダによって決定される機械固有の三次元座標系（これを機械座標系という）における前記各球体の中心位置をＯ，Ｐ，Ｑとし、ベクトルＯＰとベクトルＯＱが互いに直交しているとすると、前記ワーク座標系は、ベクトルＯＰによって第１軸が定義され、ベクトルＯＱによって第２軸が定義され、ベクトルＯＰとベクトルＯＱとの外積によって第３軸が定義される。
【００１９】
そして、このようにして、ワーク座標系が定義されると、次に、ワーク上の各測定点の前記機械座標系における位置が三次元測定機によって測定され、測定された機械座標系における座標位置が前記ワーク座標系における座標位置に変換されて、変換された座標位置を基に、ワークの加工形状が算出される。
【００２０】
ところで、上述したように、本発明に係る基準ブロックは、そのブロック本体が、２０℃〜１００℃の温度範囲で線膨張係数が０〜１．２×１０−６／℃という熱変位が極僅かであるＦｅ−３６％Ｎｉインバー合金から構成されている。したがって、雰囲気温度が変動したり、工作機械などの発熱源から伝導される熱量が変動しても、ブロック本体は雰囲気の温度変化や、伝熱量の変化の影響を殆ど受けず、その熱変形は極僅かである。また、基準ブロックは、ワークが取り付けられる加工用治具に取り付けられている。
【００２１】
このため、ブロック本体上に配設される前記少なくとも３つの球体の相対的な位置関係を常に一定に保つことができ、当該位置関係から設定される前記ワーク座標系も、ワークに対し変動のない座標系とすることができる。
【００２２】
このように、本発明に係る三次元測定用基準ブロックによれば、雰囲気温度が変動したり、工作機械などの発熱源から伝導される熱量が変動しても、当該基準ブロックを基に設定されるワーク座標系を、ワークに対し変動のない座標系とすることができるので、ワークの加工形状を正確に測定することができる。
【００２３】
また、ブロック本体に球体を４つ以上付設するようにすれば、当該球体の中から、測定に都合の良い３つの球体を任意に選択することができるので、例えば、ワークの形状や配置に応じてワークに近い３つの球体を選択するようにしたり、或いは三次元測定機のプローブがワークとの干渉を避けてスムーズに移動できる位置に配置された３つの球体を選択するなど、当該三次元測定用基準ブロックを使い勝手の良いものとすることができる。
【００２４】
尚、前記三次元測定用基準ブロックは、その前記ブロック本体の前記取付部位と対峙する位置に、該ブロック本体が前記加工用治具に取り付けられた状態で、該ブロック本体を前記加工用治具から離れる方向に付勢する付勢手段を備えたものでも良い。
【００２５】
このようにすれば、加工用治具に取り付けられたブロック本体が、付勢手段によって当該加工用治具から離れる方向に付勢されるので、その自由度が減少し、機械加工の際、或いは測定の際に、当該ブロック本体が外乱によって振動するのを防止することができる。
【００２６】
【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三次元測定用基準ブロックなどの概略構成を示した正面図であり、図２は、図１における矢示Ａ方向の側面図であり、図３は、図１における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図である。
【００２７】
図１乃至図３に示すように、本例の三次元測定用の基準ブロック１は、工作機械による加工の際にワークＷが取り付けられる加工用治具２に取り付け可能となっており、環状且つ矩形状をしたブロック本体１０と、このブロック本体１０に取り付けられた３つの球体１１，１２，１３と、ブロック本体１０を矢示Ｃ方向に付勢する付勢機構２０とを備えて構成される。
【００２８】
尚、前記加工用治具２は、パレット５０上に載置，固定される基板３と、この基板３上に立設された角柱状の取付ブロック４とから構成され、この取付ブロック４の外周側面（取付面４ａ）に前記ワークＷ及び基準ブロック１が取り付けられるようになっている。
【００２９】
前記ブロック本体１０は、２０℃〜１００℃の温度範囲で線膨張係数が０〜１．２×１０−６／℃であるＦｅ−３６％Ｎｉインバー合金から構成され、その上辺部には２つボルト孔を備えた取付部１０ａが形成されており、前記加工用治具２の取付面４ａに固定ボルト１４によって固定されるようになっている。
【００３０】
そして、ブロック本体１０の前記取付面４ａとは反対側の面の角部には、前記３つの球体１１，１２，１３が取り付けられ、各球体１１，１２，１３は、その中心点を結ぶ３つの直線ｋ，ｍ，ｎの内、２つの直線ｍ，ｎが互いに直交するように、各々配置されている。尚、球体１１，１２，１３は、その材質について何ら制限を受けるものではないが、ブロック本体１０と同様に、前記Ｆｅ−３６％Ｎｉインバー合金から構成されているのが好ましい。
【００３１】
図３に示すように、前記付勢機構２０は、前記取付面４ａに当接する球体２１と、球体２１を取付面４ａ方向（矢示Ｄ方向）に付勢するばね体２２と、外周面にねじ部２３ａが形成され、内部に前記球体２１及びばね体２２を収容する収容部２３ｂが形成された保持体２３とを備えて構成される。この付勢機構２０は、ブロック本体１０の下辺部に表裏に貫通するように形成された２つのねじ穴１０ｂにそれぞれねじ込まれており、ばね体２２が球体２１を矢示Ｄ方向に付勢することで、その反作用としてブロック本体１０が矢示Ｃ方向に付勢される。
【００３２】
以上の構成を備えた本例の基準ブロック１は、以下のようにしてワークＷの加工形状の測定に供される。
【００３３】
即ち、まず、図１及び図２に示す如く、ワークＷがブロック本体１０の環内に位置するように、基準ブロック１及びワークＷが加工用治具２に取り付けられ、この状態で、ワークＷが所望の形状となるように工作機械によって機械加工され、加工後のワークＷの形状が、例えば工作機械の近傍に配置された三次元測定機によって測定される。尚、ブロック本体１０の環内の大きさは、ワークＷを加工する際に、工具とブロック本体１０とが干渉しない大きさになっている。
【００３４】
三次元測定機によるワークＷの測定は、まず、基準ブロック１の３つの球体１１，１２，１３の中心位置を三次元測定機により測定することによって、測定基準となる三次元座標系、即ちワーク座標系（ｘ，ｙ，ｚ）が設定される。
【００３５】
上記のように、前記３つの球体１１，１２，１３は、これらの各中心点を結ぶ３直線ｋ，ｍ，ｎの内、２直線ｍ，ｎが互いに直交するように設けられている。したがって、図４に示すように、直交三軸方向に配置された三次元測定機のリニアエンコーダによって決定される機械固有の三次元座標系、即ち、機械座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における前記各球体１１，１２，１３の中心位置をＯ，Ｐ，Ｑとし、ベクトルＯＰとベクトルＯＱが互いに直交しているとすると、前記ワーク座標系は、ベクトルＯＰによって第１軸（ｙ軸）が定義され、ベクトルＯＱによって第２軸（ｚ軸）が定義され、ベクトルＯＰとベクトルＯＱとの外積によって第３軸（ｘ軸）が定義される。尚、図４において、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸で構成される座標系は機械座標系を示したものであり、ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸で構成される座標系はワーク座標系を示したものである。
【００３６】
そして、このようにして、ワーク座標系が定義されると、次に、ワークＷ上の予め設定された各測定点の前記機械座標系における位置が三次元測定機によって測定され、測定された機械座標系における座標位置が前記ワーク座標系における座標位置に変換されて、変換された座標位置を基に、ワークＷの加工形状が算出される。
【００３７】
上述したように、本例の基準ブロック１は、そのブロック本体１０が、２０℃〜１００℃の温度範囲で線膨張係数が０〜１．２×１０−６／℃という熱変位が極めて小さいＦｅ−３６％Ｎｉインバー合金から構成されている。したがって、雰囲気温度が変動したり、工作機械などの発熱源から伝導される熱量が変動しても、ブロック本体１０は雰囲気の温度変化や、伝熱量の変化の影響を殆ど受けず、その熱変形は極僅かである。また、基準ブロック１０は、ワークＷが取り付けられる加工用治具２に取り付けられている。
【００３８】
このため、ブロック本体１０上に配設される前記３つの球体１１，１２，１３の相対的な位置関係は、これを常に一定に保つことができ、また、当該位置関係から設定される前記ワーク座標系も、ワークＷに対し変動のない座標系とすることができる。
【００３９】
このように、本例の基準ブロック１によれば、雰囲気温度が変動したり、工作機械などの発熱源から伝導される熱量が変動しても、当該基準ブロック１を基に設定されるワーク座標系を、ワークＷに対し変動のない座標系とすることができるので、ワークＷの加工形状を正確に測定することができる。
【００４０】
また、ブロック本体１０を、付勢機構２０によって加工用治具２から離れる方向（矢示Ｃ方向）に付勢しているので、ブロック本体１０はその自由度が減少し、機械加工の際、或いは測定の際に、当該ブロック本体１０が外乱によって振動するのを防止することができる。
【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】
例えば、上例では、ブロック本体１０の形状を環状且つ矩形状としたが、これに限られるものではない。また、ブロック本体１０の加工用治具２に対する取付位置や、付勢機構２０の配設位置についても、上例に限定されるものではない。
【００４３】
また、上例では、三次元測定用基準ブロック１を、そのブロック本体１０の角部に３つの球体１１，１２，１３を設けて構成したが、これに限られるものではなく、例えば、図５に示すように、ブロック本体１０の角部及び両角部の中間位置に、それぞれ計８つの球体３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８を設けて、三次元測定用基準ブロック３０を構成しても良い。
【００４４】
この場合、各球体３１，３２，３３は、これらの中心位置が直線ｒ上に位置するように設けられ、各球体３３，３４，３５は、これらの中心位置が前記直線ｒと直交する直線ｓ上に位置するように設けられ、各球体３５，３６，３７は、これらの中心位置が前記直線ｓと直交する直線ｔ上に位置するように設けられ、各球体３７，３８，３１は、これらの中心位置が前記直線ｔと直交する直線ｕ上に位置するように設けられる。
【００４５】
このようにすれば、測定基準となるワーク座標系を設定する際に、ブロック本体１０に付設された８つの球体３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８の中から測定に都合の良い３つの球体を任意に選択することができるので、例えば、ワークＷの形状や配置に応じてワークＷに近い３つの球体を選択するようにしたり、或いは三次元測定機のプローブがワークＷとの干渉を避けてスムーズに移動できる位置に配置された３つの球体を選択するなど、当該三次元測定用基準ブロック３０を使い勝手の良いものとすることができる。
【００４６】
尚、前記３つの球体の選択に当たっては、これら３つの球体の中心点の中から選択した２つの中心点を結んで得られる３つの直線の内の２つの直線が互いに直交するような位置関係に配置された３つの球体が選択される。
【００４７】
また、上例では、横形の工作機械及び三次元測定機に対応したものを例示したが、これに限るものではなく、当然に立形の工作機械及び三次元測定機に対応した態様を採ることもできる。その一例を挙げれば、基準ブロック１をパレット５０上に寝かせて配置した態様を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元測定用基準ブロックなどの概略構成を示した正面図である。
【図２】図１における矢示Ａ方向の側面図である。
【図３】図１における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図である。
【図４】ワーク座標系の設定を説明するための説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る三次元測定用基準ブロックなどの概略構成を示した正面図である。
【図６】三次元測定機が付設された従来のＮＣ工作機械の概略構成を示した平面図である。
【図７】三次元測定機が付設された従来のＮＣ工作機械の概略構成を示した正面図である。
【符号の説明】
１    （三次元測定用）基準ブロック
２    加工用治具
１０  ブロック本体
１１，１２，１３  球体
１４  固定ボルト
２０  付勢機構
２１  球体
２２  ばね体
２３  保持体
Ｗ    ワーク
【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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【図７】
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