JP2019007762A - タッチプローブを用いた計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定精度の向上を図ることができるタッチプローブを用いた計測方法を提供する。【解決手段】タッチプローブに取り付けたスタイラスの先端球１３ａが、被計測物に接触する際に、被計測物に接触する先端球の接触位置が同一になるように制御され、タッチプローブは工作機械の工具主軸に装着され、先端球の接触位置が割り出し制御されている。被計測物は工作機械の主軸に取り付けた基準球１１であり基準球１１の位置を計測するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、複合加工機等の工作機械におけるタッチプローブを用いた被計測物の測定方法に関する。

工作機械の分野においては、幾何誤差の同定及び補正、ワークの寸法、芯出し、位置決め等にタッチプローブを用いた計測方法が採用されている。
タッチプローブは被計測物に接触するスタイラスを装着し、スタイラスの先端球が被計測物に接触した位置をトリガー信号として出力するものである。
この種のタッチプローブは、スタイラスをプローブ本体に３点支持されているもの等、スタイラスの先端球の接触を検出するとともに、スタイラスの保護等を目的に何らかの可変支持構造を有している。
一方、スタイラスの先端球が被計測物に接触し、そのトリガー信号により、スタイラスの送りが停止するまでにオーバーシュートによる誤差が生じることになる。
本発明者が実験検討した結果、スタイラスのオーバーシュート量は先端球の接触送り方向により相違することが明らかになった。
これは、スタイラスのプローブ本体への支持構造に起因すると推定される。

特許文献１には、タッチプローブのキャリブレーションに際し、タッチプローブのターゲット球への接触方向毎に補正量を求める方法が記載されている。
これでは接触方向毎に異なるオーバーシュート量も補正する必要があり、キャリブレーションに多くの工数を有することになる。

特開２０１６−８３７２９号公報

本発明は、測定精度の向上を図ることができるタッチプローブを用いた計測方法の提供を目的とする。

本発明に係るタッチプローブを用いた計測方法は、タッチプローブに取り付けたスタイラスの先端球が、被計測物に接触する際に、前記被計測物に接触する前記先端球の接触位置が同一になるように制御されていることを特徴とする。
ここで、前記タッチプローブは工作機械の工具主軸に装着され、前記先端球の接触位置が割り出し制御されていてもよい。
タッチプローブは、スタイラスが被計測物に接触した後に、この被計測物から離れる際に、スタイラスの位置が常に高い精度を持って元の位置に復帰するようにプローブ本体に支持されており、接触の感知方法としては圧力センサ方式，光学センサ方式，電気接点方式等が採用されている。

本発明は、マシニングセンター，ターニングセンター等の工作機械や複合加工機において、幾何誤差の同定、補正等を行う際にも有効であり、前記被計測物は工作機械の主軸に取り付けた基準球であり、前記基準球の位置を計測するものであってよい。

本発明に係る計測方法にあっては、スタイラスの先端球の接触位置及び接触方向が同一になるように制御したので、タッチプローブのオーバーシュート量が概ね同一量になる。
これにより、単一のオーバーシュートの補正量を考慮するだけで精度の高い計測が可能になる。

本発明に係る計測方法の例を示す。 基準球の位置を計測する例を示す。 先端球を方向２から接触させた例を示す。 オーバーシュート量の測定方法を示す。 オーバーシュート量の計測結果を示す。 従来の計測方法を示す。

本発明はワークの寸法計測、芯出し、位置決め等の各種計測にも有用であるが、以下、主軸に取り付けた基準球の計測を例にして説明する。

複合加工機等の工作機械の幾何誤差を同定、補正する際には、図２に示すように図示を省略した主軸に基準球１１を取り付け、その位置を精度高く計測する必要がある。
例えば図２に示すように、Ｙ軸方向の対向する位置、Ｚ軸方向の対向する位置、及び、Ｘ軸方向の位置の５点の測定が必要となる。
この際に少なくともＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の並進制御及びＢ軸廻りに回転制御された工具主軸にタッチプローブ１２を装着し、タッチプローブに取り付けたスタイラス１３の先端球１３ａを基準球に向けて送り制御し、その接触位置を計測することになる。

従来は図６に示すように、タッチプローブをＹ軸方向又はＺ軸方向に並進制御し、それぞれの位置からスタイラスの先端球１３ａを基準球１１に向けて送り制御していた。
これだと例えば、１つの先端球の位置（接点）１３ｂに着目すると、対向するＹ方向及び対向するＺ方向にて、それぞれ異なることになり、スタイラスのオーバーシュート量に差が生じてしまう。

そこで本発明は、図１に示すように先端球１３ａの接点１３ｂを回転制御し、対向するＹ方向及び対向するＺ方向にて、同一の接点１３ｂが基準球に向けて同じように送り接触するように制御した。

本発明の効果を確認するために、オーバーシュート量の接触方向による差を比較調査した結果を図５のグラフに示す。
オーバーシュート量は、図４に模式図を示すように、外径２５ｍｍの基準球１１に外径６ｍｍの先端球１３ａを接触させた位置Ｓ_１からスキップ送りさせた位置Ｓ_２とする。
これにより、オーバーシュート量ｂは、下記の式で求まる。
図５のグラフにて方向１は、先端球１３ａの接点１３ｂが基準球に対して同じように接触するように送り制御したものであり、方向２は図３に示すように、先端球の接点が方向１とは逆方向になるように送り制御し、オーバーシュート量を測定した結果である。
いずれもタッチプローブを装着した工具主軸のＢ軸の回転に合せて、Ｚ，Ｘ方向をその分回転させた座標系で測定した。
Ｂ軸角度や工具主軸の送り方向によって、オーバーシュート量に大きな差はないが、方向１と２との間で、オーバーシュート量に大きな差が認められた。
このことから、移動する直進軸やタッチプローブの傾きによってはオーバーシュート量に変化がなく、先端球の接点１３ｂの位置を合せ、先端球としては同じ方向に送り制御すると、オーバーシュート量が概ね同一であり、基準球位置計測においてＺ，Ｙ方向のオーバーシュート量は相殺されるため、送り方向毎に異なる補正をする必要がない。

１１ 基準球
１２ タッチプローブ
１３ スタイラス
１３ａ 先端球
１３ｂ 接点

Claims (3)

1. タッチプローブに取り付けたスタイラスの先端球が、被計測物に接触する際に、
   前記被計測物に接触する前記先端球の接触位置が同一になるように制御されていることを特徴とするタッチプローブを用いた計測方法。
2. 前記タッチプローブは工作機械の工具主軸に装着され、前記先端球の接触位置が割り出し制御されていることを特徴とする請求項１記載のタッチプローブを用いた計測方法。
3. 前記被計測物は工作機械の主軸に取り付けた基準球であり、前記基準球の位置を計測するものであることを特徴とする請求項１又は２記載のタッチプローブを用いた計測方法。