平成２０年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

機上計測を用いた超精密金型部品の高効率切削加工技術の研究―（サブテーマ）マシニングセンタの機 上 計 測 機 能 の開 発 ―大 塚 裕 俊 ＊ ・水 江 宏 ＊ ・秋 国 元 ＊＊ ・嶽 正 好 ＊＊ ・丸 山 祐 治 ＊ ＊＊＊機 械 ・金 属 担 当 ・ ＊＊ ㈱テオリック・ ＊＊＊ ㈱ｅ－じだいStudy on End-milling Hardened Steel for Molds Using On-machine
Measurement System-Development of On-machine Profile Measurement System Used for MCH.OHTSUKA ＊ ・H.MIZUE ＊ ・G.AKIKUNI ＊＊ ・M.DAKE ＊＊ ・Y.MARUYAMA ＊ ＊＊＊要Mechanics and Materials Division・ ＊＊ Teoric Cooperation・ ＊＊＊ E-jidai Cooperation

旨
精 密 金 型 部 品 等 の切 削 加 工 法 の合 理 化 については，工 程 集 約 を実 現 すると同 時 に高 精 度 化 が期 待 できる機
上 計 測 機 能 を備 えたマシニングセンタ（ＭＣ）が注 目 されている．本 研 究 では，実 用 的 な機 上 計 測 機 能 を備 えたＭ
Ｃにより，精 密 金 型 部 品 の効 率 的 加 工 を実 現 することを目 標 として開 発 を実 施 した．機 上 計 測 システムはＭＣとそのＮＣ制 御 装 置 ，ホストＰＣからなり，レーザプローブを非 接 触 測 定 装 置 としてＭＣ機 上 で精 密 測 定 を行 うものである．本 研 究 ではそのハード・ソフトのシステム構 築 と基 本 的 な計 測 機 能 の検 証 を実 施 した．

1.

はじめにる．

精 密 金 型 部 品 等 の切 削 加 工 法 の合 理 化 について

Table 1 Hardware specifications

は，工 程 集 約 を実 現すると同 時に高 精 度 化が期 待 できSpecifications
安田工業㈱製YBM640V
工作機械
可動範囲 600×400×350mm（マシンニングセン
最大主軸回転数40000rpm
ター）
主軸電動機定格AC11kW
NC 制御装置
Fanuc 30iM
三鷹光器㈱製
MP-3
分解能
0.01μm
非接触測定装置
軸方向測定範囲10mm（レーザプローブ）
レーザスポット径 1μm
CCD カメラ内蔵型
本体 Dell Precision 390
ホスト
OS: Windows XP Professional
CPU: Intel Core(TM)2 Duo
コンピューター
processor E6600 (2.4GHz)

る機上計測機能を備えたマシニングセンタ（ＭＣ）が注目されている．しかし複雑形状や高精度部品，微細加工部品に対してはまだまだ実用化に至っていないのが現状である．本研究は，μｍオーダーまで測定可能な機上計測機能を備え，かつ高硬度材料について同程度の高精度加工を可能とするＭＣを開発するものである．
とりわけ金 型の切 削 加 工では，工 具 摩 耗の影 響 等 により設計値との誤差が生じるため，加工後の形状測定を機上で行うことは有効である．また修正加工への応用 1)も可能となる．本研究では，まずＭＣ・レーザプローブ・ホストＰＣよりなるハードのシステム化を行い，μｍオーダーの高 精 度 測 定 を目 標 として機 上 計 測 用 ソフトを開 発し，3.

円測定など基本形状の計測機能について検証を行う．

システムの構築（ソフト）

Fig.１の要素結合図にも示されるように，ＭＣの位置情システムの構築（ハード）報とＺ方向の測定値は最終的にホストＰＣに集められ，機機 上 計 測 システムは，ＭＣとそのＮＣ制 御 装 置 および上計測用統合ソフトで処理される．Fig.２にホストＰＣ上の2.

同ソフトの操作画面を示す．

ホストＰＣからなり，レーザプローブを用 いて機 上 測 定 を行う．その諸元について Table １に示す．また各要素のまず円・四角形・溝幅などの基本形状を対象として機結合について Fig.１に示す．ＭＣ・ＮＣ制御装置とホスト上 計 測 機 能 の構 築 を行 うが，いずれにおいても対 象 のＰＣはＬＡＮおよび専 用 カウンターボードによって接 続 さ

正 確 なエッジ検 出 が必 要 である．すなわち正 確 性 や処れ，ＭＣの動 作情報や位 置 情報をホストＰＣ上に取得す

理速度の向上を念頭にして Fig.３のようなアルゴリズムにることができる．レーザプローブの制御指令やフォーカスよりエッジ測定用の測定プログラムを作成した．これは粗時の位置情報（測定値）も同様にホストＰＣ上で処理され測定と精密測定（測定間隔が１μm 未満のオーダー）の5

平成２０年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

２段 階 にわけることで処 理 速 度 の向 上 をはかるものであする．

る．

Fig.４（上）はレーザプローブユニットをＭＣ主軸にチャ

実際の測定は，レーザプローブのオートフォーカス（Ａッキングした状態である．ＭＣテーブル奥にユニットの格Ｆ）がＯＮとなった時のレンズ位置情報（Ｚ値）をリニアスケ

納 室 があり，測 定 時 には通 常 のＡＴＣの要 領 により主 軸ール値 として読 み込 むことで行 われる．対 象 のエッジ部上で交換することができる．Fig.４（下）は実際にエッジ測ではＺ値が急激に変動するので，Ｚ値が閾値を外れる時定を実行している際の対物レンズ付近の近影である．

をエッジと判 定 する．場 合 によっては他 の判 定 法 も併用
FOCUS2
ＭＣ操作
ＭＣ情報

LAN

ＮＣ制御装置(ＡＦ状態信号)ホスト
ＰＣ

ＹＢＭ６４０
工作機械
（ＭＣ）

ＦＡＮＵＣ
３０ｉＭ

計測用
統合
ソフト
ＡＦ制御命令ＡＦ状態信号ＡＦコントローラ

RS232C

レーザプローブ
ＡＦユニット

8ch カウンター
ボード
座標値取得
測定値取得

分岐ユニットリニアスケール
中継ユニット↓リニアスケール↑レーザプローブユニット

Fig.1 Developed on-machine measurement system

CCD カメラ画像

周辺機器制御画面

測定画面（円測定等）

ログ画面
メイン画面
Fig.2 Operating display for the on-machine measurement system(Host PC)

6平成２０年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

Table 2 Experimental results(circle measurement)

ＳＴＡＲＴ

最初の測定点 0（X,Y）へ移動，AF ユニット作動 ON

レーザプローブのＡＦ信号をチェック，測定パスを分割

standards(mm)measurements(mm)

centerX

7.57.4960(⊿= -0.0040)

centerY

7.0

6.9961(⊿= -0.0039)

radius

3.03.0009(⊿= +0.0009)

ＡＦ信号ＯＮならＺ閾値をチェック(粗)Ｚ閾値＜規定値 and ダーク信号 OFF なら次測定点 n へ

4.

measurementpoints45°

計測機能の検証開発されたエッジ検出のプログラムをもとに円形状（穴形状）の測定を行い，計測機能の検証を行った．円測定

粗測定でエッジ領域を探索しその始点へ移動のマクロプログラムは，円周上の５点のエッジ測定を行って円の直径等を算出するものである．繰返し測定（繰返(精)Ｚ閾値＜規定値 and ダーク信号 OFF なら次測定点 n へし誤差＝±0.1μm 以内）による平均値を Table ２に示す．これによれば，中心位置は４μm，半径の測定値は１精密測定でエッジ点を探索し決定μm 以内の誤差となっている．よって開発されたソフトに・i = i + 1

よりほぼ正確なエッジ測定が可能となっていることがわか・次エッジへの移動指令

る．またこれにより他の基 本 形状の測 定も可能となる．な
お測 定 精 度 への表 面 品 質 の影 響 の改 善 ，測 定 時 間 の短縮，操作ソフトウェアの機能 向上などが今後の課題でIF ｉ=i last？
Noある．

YesＥＮＤ5.

Fig.3 Algorithm for edge detection in measurement

おわりに実用的な機上 計測機能を備 えたＭＣによる精密金型部品の効率的加工技術について研究開発を実施し，次の結果を得た．
(1) レーザプローブを用 いた精 密 測 定 機 能 をもつ機 上計測システムについて，そのハード・ソフトのシステム構築を行った．
(2) 測定アルゴリズム構築によりレーザプローブによる対象のエッジ検出機能の向上をはかった．また測定機
能 の検 証 を円 測 定 について行 い，目 標 とするμmオーダーでの測定が可能であることがわかった．

参考文献(1) 垣野義昭，井原之敏，岩崎嘉徳，松原 厚，大坪寿 ：除 去 加 工 用 修 正 加 工 システムに関 する研 究 (第1 報)，精密工学会誌，59，10(1993) 1689．

追 記
本研究は，平成２０年度戦略的基盤技術高度化支援事業によって実施しました．

Fig.4 Laser probe unit mounted and operated on the MC7