JP4806093B1 - Method and measuring system for measuring locus of movement of rotation axis of rotating body - Google Patents
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Abstract
【課題】 回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測する方法を提供する。
【解決手段】 主軸に回転体を取り付けることと、前記回転体の前記回転軸心に垂直な垂直面内に、前記回転体の一部を挟んで対向する3組の発光部及び受光部の組を配置することと、回転体を、前記主軸と一体的に回転させつつエッジ光の光量を測定することと、エッジ光の光量に基づいて、回転体の断面形状と異なる仮想断面形状を求めることと、エッジ光の光量及び仮想断面形状に基づいて、回転体の回転軸心の運動の軌跡を求めることとを備える方法が提供される。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for measuring a movement trajectory of a rotation axis of a rotating body.
SOLUTION: A rotating body is attached to a main shaft, and a set of three light emitting units and a light receiving unit facing each other with a part of the rotating body in a vertical plane perpendicular to the rotation axis of the rotating body. , Measuring the amount of edge light while rotating the rotating body integrally with the main shaft, and obtaining a virtual sectional shape different from the sectional shape of the rotating body based on the amount of edge light. And determining a trajectory of the rotation axis of the rotating body based on the amount of edge light and the virtual cross-sectional shape.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測する方法、及び、回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測する計測システムに関するものである。 The present invention relates to a method for measuring a movement trajectory of a rotation axis of a rotating body, and a measurement system for measuring a movement trajectory of a rotation axis of a rotating body.
工作物(ワーク)を切削加工するフライス盤などの工作機械は、工作物を固定するテーブルと、テーブルに固定されたワークに相対して移動しつつワークを切削するフライスなどの刃具と、刃具を把持するチャックと、先端に取り付けられたチャック及び刃具を高速回転(例えば数千〜数万rpm)させる主軸とを主に備えている。 A machine tool such as a milling machine for cutting a workpiece (workpiece) grips a table for fixing the workpiece, a cutter such as a milling machine for cutting the workpiece while moving relative to the workpiece fixed to the table, and the cutter And a spindle that rotates the chuck and the blade attached to the tip at high speed (for example, several thousand to several tens of thousands rpm).
ワークの加工面を切削加工する際には、主軸の回転に伴って高速回転する刃具の刃の先端(以下、単に「刃具の先端」という)がワークの加工面に当接される。このとき、回転する刃具の軸心に軸振れが生じていた場合、刃具の先端は、真円からずれた軌跡を描きつつ回転することになる。例えば、刃具が軸心に垂直な平面内においてランダムな方向に微小振動しつつ回転している場合、回転する刃具の先端は、真円に微小振動を重ね合わせた軌跡を描く。このとき、ワークの加工面には、刃具の先端の描く軌跡が転写される、即ち、ワークの加工面には刃具の先端の描く軌跡を反映した凹凸が形成される。このように、回転する刃具の軸心の運動の軌跡と、ワークの加工面の加工精度(例えば表面粗さ)との間には明かな相関があるため、ワークの加工精度を評価するためには、刃具の軸心の運動の軌跡を精度良く計測することが求められている。 When cutting the work surface of the workpiece, the tip of the blade of the blade that rotates at high speed as the spindle rotates (hereinafter simply referred to as the “tip of the blade”) is brought into contact with the work surface of the workpiece. At this time, if shaft runout occurs in the axis of the rotating blade, the tip of the blade rotates while drawing a locus deviating from a perfect circle. For example, when the blade is rotating while being microvibrated in a random direction within a plane perpendicular to the axis, the tip of the rotating blade draws a locus in which the microvibration is superimposed on a perfect circle. At this time, the locus drawn by the tip of the cutting tool is transferred to the work surface of the workpiece, that is, the work surface of the workpiece is formed with irregularities reflecting the locus drawn by the tip of the blade. In this way, since there is a clear correlation between the trajectory of the axis of the rotating blade and the machining accuracy (for example, surface roughness) of the workpiece machining surface, the workpiece machining accuracy can be evaluated. Therefore, it is required to accurately measure the trajectory of the movement of the axis of the cutting tool.
後に詳述するように、刃具の軸振れは、主に、主軸の回転精度と、刃具をチャックに取り付ける際のチャッキング精度と、チャックを主軸に取り付ける際の取り付け精度とに起因して生じることが知られている。ここで、特許文献1には、主軸の軸振れをリアルタイムで計測するとともに、計測した軸振れのデータを基にして主軸の軸心の姿勢についてフィードバック制御を行うことにより主軸の軸振れを小さく抑える軸振れ補正制御装置が開示されている。具体的には、特許文献1の軸振れ補正制御装置は、空気軸受により軸支された主軸と、主軸と一体に回転するように取り付けられた、高い真円度を有する基準リングと、基準リングの外側に同心円状に配置された3つの非接触変位センサと、主軸の軸心の姿勢についてのフィードバック制御を行うコントローラとを主に備えている。
As will be described in detail later, the shaft runout of the blade mainly occurs due to the rotation accuracy of the main shaft, chucking accuracy when the blade is attached to the chuck, and attachment accuracy when the chuck is attached to the main shaft. It has been known. Here, in
特許文献1の軸振れ補正制御装置においては、3つの非接触変位センサを用いて基準リングの外表面と各非接触変位センサとの間の距離をリアルタイムで測定している。そして、3つの非接触変位センサから得られた測定データから、後述する三点法を用いて、基準リングの実形状を忠実に再現する実形状成分と、基準リングが取り付けられている主軸の半径方向(主軸の軸心と垂直な面の面方向)における振動成分とを抽出している。ここで、主軸の軸心の、半径方向における振動成分に基づいて、主軸の軸心の姿勢を調整するフィードバック制御を行うことにより、主軸の軸心の軸振れを抑えている。なお、3点法を用いることにより、基準リングの実形状成分と振動成分とをそれぞれ独立に抽出することができる。言い換えると、基準リングの形状誤差及び取り付け誤差とは無関係に、主軸の軸心の、半径方向における振動成分のみを抽出することができる。
In the shaft shake correction control device of
上述のように、刃具の軸振れは、主に、主軸の回転精度と、刃具をチャックに取り付ける際のチャッキング精度と、チャックを主軸に取り付ける際の取り付け精度とに起因して生じることが知られているところ、特許文献1の軸振れ補正制御装置においては、主軸の回転精度のみを測定対象としている。そのため、さらにチャッキング精度及びホルダへの取り付け精度を測定しない限り、ワークの加工精度を評価することができない。
As described above, it is known that the shaft runout of the blade mainly occurs due to the rotation accuracy of the main shaft, the chucking accuracy when the blade is attached to the chuck, and the attachment accuracy when the chuck is attached to the main shaft. However, in the shaft shake correction control apparatus of
ここで、上述のように、刃具の軸心の軸振れの大きさは、主軸の回転精度と、刃具をチャックに取り付ける際のチャッキング精度と、チャックを主軸に取り付ける際の取り付け精度とに起因して生じるため、刃具の軸心の軸振れを測定することができれば、ワークの加工精度を精確に評価することができる。しかしながら、特許文献1の軸振れ補正制御装置は、以下に示すように、基準リングのような高い真円度を有する基準部材に限って、これに生じる軸振れを測定できるだけであり、例えばエンドミルのような大きな凹凸を有する複雑な形状を有する刃具の軸心の軸振れ(又は刃具の軸心の運動の軌跡)を測定することはできない。
Here, as described above, the magnitude of the shaft runout of the axis of the cutting tool is caused by the rotation accuracy of the main shaft, chucking accuracy when the cutting tool is attached to the chuck, and mounting accuracy when the chuck is attached to the main shaft. Therefore, if the axial runout of the axis of the cutting tool can be measured, the machining accuracy of the workpiece can be accurately evaluated. However, the shaft shake correction control device of
特許文献1の軸振れ補正制御装置においては、上述のように非接触変位センサを用いることによって、主軸の軸心に同軸に取り付けられた基準リングの外表面と近接センサとの間の距離を測定している。ここで、基準リングは高い真円度を有しており、その外表面は鏡面仕上げされている。つまり、基準リングの外表面には、外表面の加工精度に起因する表面粗さに相当する凹凸(例えば数μm程度)を超える高さの凹凸は形成されていない。そのため、非接触変位センサを基準リングの外表面に近接して配置することができ、非接触変位センサと基準リングの外表面との間の距離を精度良く測定することができた。
In the shaft shake correction control device of
ここで、非接触変位センサの検出範囲は、一般に0mm〜数mm程度であるため、非接触変位センサを用いて刃具の軸心の軸振れを測定する場合には、刃具の外側を取り囲み、且つ、刃具から数mm以内に近接するように少なくとも3つの非接触変位センサを配置しなければならない。しかしながら、ワークを切削加工する際にワークと干渉しないように、刃具の外側に近接して、このような測定対象に近接して配置しなければならない非接触変位センサを配置することは実質上不可能である。また、例えばエンドミルなどの刃具の断面は、真円から大きくずれた複雑な形状をしており、数mm以上の凹凸が形成されていることもある。このように、刃具の断面形状が非接触変位センサの検出範囲を超える凹凸を有している場合には、たとえ非接触変位センサを刃具の外側において刃具と近接するように配置できたとしても、刃具の断面形状を精確に計測することは不可能であり、刃具の軸心の軸振れ(又は刃具の軸心の運動の軌跡)を測定することはできない。 Here, since the detection range of the non-contact displacement sensor is generally about 0 mm to several mm, when measuring the axial runout of the axis of the blade using the non-contact displacement sensor, it surrounds the outside of the blade, and The at least three non-contact displacement sensors must be arranged so as to be within a few mm from the blade. However, it is virtually impossible to dispose a non-contact displacement sensor that must be disposed close to the outside of the cutting tool and close to the measurement target so as not to interfere with the work when cutting the work. Is possible. In addition, for example, the cross section of a cutting tool such as an end mill has a complicated shape greatly deviating from a perfect circle, and irregularities of several mm or more may be formed. In this way, when the cross-sectional shape of the cutting tool has irregularities exceeding the detection range of the non-contact displacement sensor, even if the non-contact displacement sensor can be arranged close to the cutting tool outside the cutting tool, It is impossible to accurately measure the cross-sectional shape of the cutting tool, and it is not possible to measure the axial runout of the axial center of the cutting tool (or the locus of movement of the axial center of the cutting tool ) .
本発明の目的は、工作機械に取り付けられた刃具のような回転体に関して、回転体の形状に関わらず、回転体の回転軸心の運動の軌跡を測定するための方法、及び、回転体の回転軸心の運動の軌跡を測定する測定システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for measuring a trajectory of the rotation axis of a rotating body, regardless of the shape of the rotating body, and a rotating body such as a cutting tool attached to a machine tool. It is to provide a measurement system for measuring a movement trajectory of a rotation axis.
本発明の第1の態様に従えば、凹凸を有する回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測する方法であって、所定の回転速度で回転可能に設けられた主軸に、前記回転体を取り付けることと、前記回転体の前記回転軸心に垂直な垂直面内に、前記回転体の一部を挟んで対向する3組の発光部及び受光部の組を配置することと、前記回転体を、前記主軸と一体的に前記所定の回転速度で回転させつつ、前記各発光部から前記各受光部に向けて光を照射して、前記光のうち、前記回転体に遮られることなく前記各受光部で受光されるエッジ光の光量を測定することと、前記エッジ光により前記回転体の前記垂直面の断面形状と比べて凹部の深さが浅くなだらかな形状となった仮想断面形状を、前記各受光部で測定された前記エッジ光の光量に基づいて求めることと、前記エッジ光の光量及び前記仮想断面形状に基づいて、前記回転体の前記回転軸心の前記垂直面内における運動の軌跡を求めることとを備える方法が提供される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a locus of movement of a rotation axis of a rotating body having irregularities , wherein the rotating body is attached to a main shaft that is rotatably provided at a predetermined rotation speed. Mounting, disposing a set of three light emitting units and a light receiving unit facing each other across a part of the rotating body in a vertical plane perpendicular to the rotation axis of the rotating body, and the rotating body Irradiating light from each light emitting part toward each light receiving part while rotating integrally with the main shaft at the predetermined rotation speed, and the light is not blocked by the rotating body. Measure the amount of edge light received by each light receiving unit, and create a virtual cross-sectional shape in which the depth of the concave portion is shallower than the vertical cross-sectional shape of the rotating body by the edge light. , calculated on the basis of the to the amount of the edge light measured by the light receiving portions And Rukoto, based on the amount and the virtual cross-sectional shape of the edge light method and a determining the trajectory of movement in the vertical plane of the rotation axis of the rotating body is provided.
本発明の第1の態様によれば、回転体の回転軸心に垂直な断面における断面形状を精確に計測しなくとも、回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測することができる。そのため、回転体との間の距離を計測するための測定装置を、回転体の回転軸心の周りに配置する必要がない。それに代えて、回転体の一部に光を照射し、回転体に遮られずに通過した光(エッジ光)の光量を測定することにより、回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測することができるため、発光部及び受光部の配置の自由度が増し、大きな凹凸を有する回転体についても容易に回転軸心の運動の軌跡を測定することができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to measure the trajectory of the rotation axis of the rotating body without accurately measuring the cross-sectional shape in the cross section perpendicular to the rotating axis of the rotating body. Therefore, it is not necessary to arrange a measuring device for measuring the distance to the rotating body around the rotation axis of the rotating body. Instead, the locus of motion of the rotation axis of the rotating body is measured by irradiating a part of the rotating body with light and measuring the amount of light (edge light) that passes without being blocked by the rotating body. Therefore, the degree of freedom of arrangement of the light emitting unit and the light receiving unit is increased, and the locus of movement of the rotation axis can be easily measured even for a rotating body having large unevenness.
本発明の回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測する方法において、前記回転体は、回転軸心の周りの表面に切れ刃部が形成された切削工具であってもよい。この場合には、例えば、エンドミル、ドリル、リーマ、正面フライスのような複雑な形状を有する切削工具においても、その回転軸心の運動の軌跡を測定できる。 In the method of measuring the movement locus of the rotation axis of the rotating body according to the present invention, the rotating body may be a cutting tool having a cutting edge portion formed on a surface around the rotating axis. In this case, for example, even in a cutting tool having a complicated shape such as an end mill, a drill, a reamer, or a face mill, the trajectory of the rotation axis can be measured.
本発明の回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測する方法において、前記発光部はレーザ光を照射するレーザ照射装置であってもよく、前記受光部はフォトダイオードであってもよい。この場合には、レーザ光を用いているので、光の指向性が非常に高いため、発光部及び受光部の組を切削工具等の回転体から離して配置することが容易であり、これらの配置の自由度が高くなる。 In the method for measuring a motion trajectory of the rotational axis of the rotating body of the present invention, the light emitting unit may be a laser irradiation device that irradiates a laser beam, and the light receiving unit may be a photodiode. In this case, since the laser beam is used, the directivity of the light is very high. Therefore, it is easy to dispose the set of the light emitting unit and the light receiving unit away from the rotating body such as a cutting tool. The degree of freedom of arrangement becomes high.
本発明の回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測する方法において、前記回転体の、前記垂直面の前記断面形状は、前記回転軸心からの距離が最も長い第1凸部を有してもよく、前記仮想断面形状は、前記第1凸部に対応する第2凸部を有してもよく、前記回転軸心と第1凸部との間の距離は、前記回転軸心と前記第2凸部との間の距離と同じであってもよい。この場合において、エッジ光の光量の測定に基づいて抽出される仮想断面形状は、実際の断面形状(実断面形状)と異なるものであるが、実断面形状のうち、最も半径方向に長い部分については、仮想断面形状においても精度良く再現することができる。そのため、例えば切削工具の形状を測定する場合において、刃の先端部分の長さ(半径方向の長さ)を、仮想断面形状から精確に求めることができ、刃の先端の摩耗の程度を求めることができる。 In the method of measuring a motion trajectory of the rotation axis of the rotating body according to the present invention, the cross-sectional shape of the vertical surface of the rotating body has a first convex portion having the longest distance from the rotation axis. The virtual cross-sectional shape may have a second protrusion corresponding to the first protrusion, and a distance between the rotation axis and the first protrusion may be the rotation axis. It may be the same as the distance between the second convex portions. In this case, the virtual cross-sectional shape extracted based on the measurement of the amount of edge light is different from the actual cross-sectional shape (actual cross-sectional shape). Can be accurately reproduced even in a virtual cross-sectional shape. Therefore, for example, when measuring the shape of a cutting tool, the length (radial length) of the blade tip can be accurately determined from the virtual cross-sectional shape, and the degree of wear of the blade tip can be determined. Can do.
さらに、前記回転体の、前記垂直面の前記断面形状は、前記回転軸心からの距離が最も短い第1凹部を有してもよく、前記仮想断面形状は、前記第1凹部に対応する第2凹部を有してもよく、前記回転軸心と第2凹部との間の距離は、前記回転軸心と前記第1凹部との間の距離よりも長くてもよい。この場合には、仮想断面形状は、実断面形状と比べて、凹凸の浅い形状となる。つまり、仮想断面形状は、実断面形状と比べて、フーリエ展開したときの高周波成分が少ない。そのため、仮想断面形状をフーリエ展開する場合に、山数をあまり多く取らなくても、仮想断面形状を精度よく抽出することができる。 Further, the cross-sectional shape of the vertical surface of the rotating body may have a first recess having a shortest distance from the rotation axis, and the virtual cross-sectional shape corresponds to the first recess. There may be two recesses, and the distance between the rotation axis and the second recess may be longer than the distance between the rotation axis and the first recess. In this case, the virtual cross-sectional shape is a shape with shallow irregularities as compared with the actual cross-sectional shape. That is, the virtual cross-sectional shape has fewer high-frequency components when Fourier-expanded than the real cross-sectional shape. Therefore, when the virtual cross-sectional shape is Fourier-expanded, the virtual cross-sectional shape can be accurately extracted without taking a large number of peaks.
本発明の第2の態様に従えば、凹凸を有する回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測する計測システムであって、所定の軸方向に延在し、一端に前記回転体を固定する固定部が設けられた主軸、及び、前記主軸の他端に連結され、前記主軸を前記軸を中心として回転させるモータを有する主軸頭と、前記回転体の前記回転軸心に垂直な垂直面内に、前記回転体の一部を挟んで対向するように配置された3組の発光部及び受光部の組と、前記回転体を、前記主軸と一体的に前記所定の回転速度で回転させつつ、前記各発光部から前記各受光部に向けて光を照射させて、前記光のうち、前記回転体に遮られることなく前記各受光部で受光されるエッジ光の光量を測定させ、前記エッジ光により前記回転体の前記垂直面の断面形状と比べて凹部の深さが浅くなだらかな形状となった仮想断面形状を、前記各受光部で測定された前記エッジ光の光量に基づいて求めるとともに、前記エッジ光の光量及び前記仮想断面形状に基づいて、前記回転体の前記回転軸心の前記垂直面内における運動の軌跡を求める制御部と、を備える計測システムが提供される。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a measurement system for measuring a movement trajectory of a rotation axis of a rotating body having irregularities , extending in a predetermined axial direction, and fixing the rotating body to one end. A main shaft provided with a fixed portion, a main shaft head connected to the other end of the main shaft and having a motor that rotates the main shaft about the shaft, and a vertical plane perpendicular to the rotation axis of the rotating body In addition, three sets of light emitting units and light receiving units arranged so as to face each other with a part of the rotating body interposed therebetween, and the rotating body are rotated integrally with the main shaft at the predetermined rotation speed. the by irradiating light toward the respective light receiving portions from the light emitting portion, of the light, to measure the amount of light received by the edge light at each light receiving portion without being blocked by the said rotary body, said edge The depth of the recess compared to the cross-sectional shape of the vertical surface of the rotating body by light Virtual cross-sectional shape was a shallow gentle shape, the with determined Mel based on the amount of said measured edge light in each light receiving section, based on the amount and the virtual cross-sectional shape of the edge light, the rotator And a control unit that obtains a trajectory of movement of the rotation axis in the vertical plane.
本発明の計測システムを利用することにより、例えばフライス盤のような切削工具における、高速で回転する複雑な形状の切削工具の回転軸心の運動の軌跡を高精度(例えば1μm以下の精度)に測定することができる。 By using the measurement system of the present invention, for example, in a cutting tool such as a milling machine, the trajectory of the rotation axis of a cutting tool having a complicated shape that rotates at high speed is measured with high accuracy (for example, accuracy of 1 μm or less). can do.
<第1実施形態>
本発明に係る、回転体の回転軸心の運動の軌跡を計測する計測システムの一例として、工作機械の一種であるフライス盤に取り付けられたエンドミルの軸心の軸振れを計測する軸振れ計測システム1について説明する。図1に示すように、軸振れ計測システム1は、ワークをエンドミル30により切削加工するフライス盤10と、エンドミル30の軸心30aの運動の軌跡及び軸振れを計測する制御部110とを主に備える。
<First Embodiment>
As an example of a measurement system for measuring the movement trajectory of the rotational axis of a rotating body according to the present invention, an axial
フライス盤10は、ワークを載置するテーブル11と、ワークをテーブル11上に固定するバイス12と、主軸13a及び主軸13aをその軸心(回転軸)の周りに回転させるモーター13bを有する主軸頭13と、不図示のボールネジ機構により、主軸頭13をテーブル11に相対して主軸13aの軸心方向(Z方向)及び/又はテーブル11の側面方向(X、Y方向)に移動させる移動機構14と、エンドミル30を把持するチャック部40(本発明の固定部に相当する)とを備え、主軸13aの先端に、チャック部40が取り付けられる。主軸頭13の主軸13aの周りには、不図示のロータリエンコーダが設けられており、主軸13aの回転角度のデータが後述する測定制御部130に送られる。また、主軸頭13のモータ13bは、後述する制御部110により制御されている。なお、チャック部40として、例えば、不図示のコレットに挿入されたエンドミル30を把持して固定する公知のコレットチャックを用いることができる。あるいは、他の種類のチャック機構を用いることもできる。
The milling
図2(a)、(b)に示すように、エンドミル30は円柱形状の切削工具であって、円柱形状のシャンク部31と、シャンク部31の一端側に形成された切れ刃部32とを有する。なお、シャンク部31の中心軸をエンドミル30の軸心30aと呼ぶ。ここで切れ刃部32は、いわゆる2枚刃として、シャンク部31の側面及びシャンク部31の一端側の端面31aに形成されている。具体的には、切れ刃部32は端面31aにおいて軸心側から外周側に向かって延在する2つの端面刃33a、33bと、シャンク部31の側面に螺旋状に延びる外周刃34a、34bとを有する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
図1に示すように、制御部110は、3組の光学測定系120(図1には1組の光学測定系120のみが図示されている)と、光学測定系120の測定結果を基にして後述する3点法によりエンドミル30の軸心30aの軸振れの大きさを抽出する測定制御部130とを備える。ここで、3組の光学測定系120は同一平面内に配置されており、これら3組の光学測定系120により画成される平面を測定基準面Sと呼ぶ。図1に示されるように、測定基準面Sは、エンドミル30の軸心30aに垂直な面であって、エンドミル30の切れ刃部32が形成された領域と垂直に交差する平面である。各光学測定系120は、レーザ光121a(図3参照)を照射するレーザ発光部121と、受光したレーザ光121aの光量に応じた出力信号を出力するフォトダイオード122とを備える。レーザ発光部121は、制御部110により制御される。測定制御部130は、フォトダイオード122の出力信号(電流信号又は電圧信号)が入力されるとともに、入力されたフォトダイオード122の出力信号についてA/D変換を行うA/Dコンバータ131と、A/Dコンバータ131からのデータ及び主軸13aの回転角度に関するデータをもとに、後述する3点法に基づく解析処理を行うコンピュータ(解析部)132とを備える。
As shown in FIG. 1, the control unit 110 is based on three sets of optical measurement systems 120 (only one set of optical measurement systems 120 is shown in FIG. 1) and the measurement results of the optical measurement system 120. And a
次に、軸振れ計測システム1を用いて、エンドミル30の軸心30aの軸振れを計測する方法について図5を参照しつつ説明する。先ず、チャック部40を主軸13aの先端に固定する。さらに、エンドミル30のシャンク部31をチャック部40に固定する(エンドミル固定工程SS1)。このとき、エンドミル30の軸心30aと、チャック部40の中心と、主軸13aの軸心とは、取り付け誤差の範囲内でほぼ一直線上に重なっている。
Next, a method for measuring the shaft runout of the
次に、図3に示すように、各光学計測系120のレーザ発光部121及びフォトダイオード122を、測定基準面S(図1参照)内において、エンドミル30の接線方向にエンドミル30を挟んで対向するように配置する(光学測定系配置工程SS2)。ここで、エンドミル30を回転させた場合に、常にレーザ発光部121から発せられたレーザ光121aの一部がエンドミル30に遮られずにフォトダイオード122に入射されるとともに、レーザ光121aの一部はエンドミル30に遮られてフォトダイオード122に入射されないように、レーザ発光部121及びフォトダイオード122の位置を調整する。言い換えると、レーザー発光部121から発せられたレーザ光121aのうち、エンドミル30のエッジに遮られずに直進するエッジ光がフォトダイオード122に入射されるように、レーザ発光部121及びフォトダイオード122の位置を調整する。ここで、レーザ発光部121の1つから発せられたレーザ光121aの一部がエンドミル30により散乱されて、他の組のフォトダイオード122に入射することが考えられる。このような場合にエッジ光の光量測定に影響を及ぼさないために、3つのレーザ発光部121から発せられるレーザ光121aの波長をそれぞれ別波長とすることが好ましい。このように、3つのレーザ発光部が互いに異なる波長のレーザ光を照射する場合には、各レーザ発光部と各フォトダイオードとの間に、当該レーザ発光部から照射されたレーザ光を透過させ、他のレーザ発光部から照射されたレーザ光をカットする波長フィルタを配置することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 3, the
なお、エンドミル30の軸心30aの軸振れの計測(回転軸心の運動軌跡の計測)とは別に、図4に示すように、レーザ発光部121とフォトダイオード122との間に、レーザ光121aを遮る校正用基準工具300をレーザ光121aの光軸と直交する挿入方向に挿入し、校正用基準工具300の先端300aの挿入方向における位置と、校正用基準工具300に遮られずにフォトダイオード122により受光されたレーザ光121aの光量との間の相関を調べておく。このような測定(キャリブレーション測定)を行うことにより、フォトダイオード122により受光されたレーザ光121aの光量から、レーザ光121aを遮る校正用基準工具の、挿入方向における位置を特定することができる。
In addition to the measurement of the axial runout of the
次に、主軸頭13のモータ13bを駆動して主軸13aを回転させた状態で、エンドミル30の側面の、切れ刃部32が形成された領域に各光学計測系120のレーザ発光部121からレーザ光121aを照射し、エンドミル30に遮られることなく通過したレーザ光121a(エッジ光)をフォトダイオード122で受光する(エッジ光測定工程SS3)。
Next, in a state where the
3つのフォトダイオード122からの出力信号を測定制御部130のA/Dコンバータ131にそれぞれ入力するとともに、主軸13aの回転角度に関する信号もあわせて測定制御部130に入力する。このような、3つのフォトダイオード122からの信号及び主軸13aの回転角度に関する信号に基づいて、後述する解析処理を行うことにより、測定データからエンドミル30の測定基準面Sにおける断面の、実断面形状とは異なる後述の仮想断面形状を抽出し(仮想断面形状抽出工程SS4)、さらにエンドミル30の軸心30aの運動の軌跡及び軸振れの大きさを抽出する(軸振れ情報抽出工程SS5)。
Output signals from the three
ここで、従来、測定されたデータから、後述する3点法によりエンドミル30の測定基準面Sにおける断面形状に起因する成分を取り除くためには、エンドミル30の測定基準面Sにおける断面の実形状(実断面形状)を精確に抽出し、この実断面形状による寄与を取り除かなければならないと信じられてきた。言い換えると、測定されたデータから、3点法によりエンドミル30の測定基準面Sにおける断面形状に起因する成分を取り除くためには、回転するエンドミル30の、測定基準面Sにおける実断面形状を測定しなければならないため、それにあわせて、実断面形状を測定しうるように測定装置を配置しなければならないと信じられてきた。
Here, in order to remove a component resulting from the cross-sectional shape of the measurement reference surface S of the
具体的には、被測定物の、測定基準面における実断面形状を測定するためには、例えば特許文献1に示されるように、回転する被測定物の外側に、被測定物との間の距離を測定する非接触変位センサのような変位測定装置を配置しなければならないと信じられてきた。しかしながら、エンドミル30のような複雑な断面形状を有する被測定物に関して、数千rpm以上の回転速度で高速回転する被測定物との間の距離を測定するのは困難である。そのため、これまでは、回転する被測定物の軸振れの測定(回転軸心の運動軌跡)の測定に関して、3点法を用いて被測定物の実断面形状を測定しつつ、これをもとに軸振れの大きさを抽出しうるのは、もっぱら基準リングのようなほぼ真円の実断面形状を有する基準測定物を被測定物とした場合に限られていた。そのため、エンドミル30のような実際に用いられる複雑な形状の切削工具を対象とした軸振れの測定(回転軸心の運動軌跡の測定)は全くなされていなかった。
Specifically, in order to measure the actual cross-sectional shape of the object to be measured on the measurement reference plane, for example, as shown in
しかしながら、本願発明者は鋭意検討の結果、高速に回転する被測定物との間の距離を測定することにより高速で回転する被測定物の実断面形状を抽出することに代えて、上述のようにエッジ光の光量を測定し、実断面形状とは異なる後述の仮想断面形状を抽出することによって、被測定物の回転軸心の運動の軌跡を求め、軸振れの大きさを求めることができることを見出した。以下、本願発明者が見出したこの知見について詳しく説明する。 However, as a result of diligent study, the present inventor has replaced the extraction of the actual cross-sectional shape of the measurement object rotating at high speed by measuring the distance to the measurement object rotating at high speed as described above. By measuring the amount of edge light and extracting a virtual cross-sectional shape, which will be described later, different from the actual cross-sectional shape, the trajectory of the rotation axis of the object to be measured can be obtained, and the magnitude of the shaft runout can be obtained. I found. Hereinafter, this finding found by the inventors will be described in detail.
先ず、そもそもエッジ光の光量が、エンドミル30のような被測定物の回転軸心の軸振れ(回転軸心の運動の軌跡)を反映した測定量であるかどうかについて検討する。ここで、エンドミル30のエッジ光の光量は、エンドミル30をその接線方向(レーザ光121aの光軸方向)から見た場合における、エンドミル30の先端の位置(エッジ位置)により変化する。エンドミル30の側面には切れ刃部32が形成されているため、エンドミル30の測定基準面Sにおける断面は真円ではなく、大きな凹凸のある形状を有している。そのため、エンドミル30をその接線方向から見た場合における、エンドミル30のエッジ位置は、エンドミル30の回転(回転角度)により変化する。言い換えると、エンドミル30のエッジ位置は、エンドミル30の測定基準面Sにおける断面形状に起因して変化する。
First, it is examined whether or not the amount of edge light is a measurement amount that reflects the axial runout (the locus of motion of the rotational axis) of the object to be measured such as the
なお、エンドミル30の軸心30aと、主軸13aの軸心とは完全に一致しているとは限らず、エンドミル30をチャック部40に取り付ける際のチャッキング精度と、チャック部40を主軸13aに取り付ける際の取り付け精度とに起因して偏心していると考えられる。このように、エンドミル30の軸心30aと、主軸13aの軸心とがずれて配置されている場合には、エンドミル30は偏心しつつ回転することになり、これに起因してエンドミル30の軸心30aは軸振れする。さらに、エンドミル30の軸心30aは、主軸13aの回転精度に起因して軸振れしていると考えられる。主軸13aは、不図示の軸受により軸支されているところから、軸受及び主軸13aの工作精度等に起因して主軸13aの回転軸心は微小に振動していると考えられる。また、エンドミル30をチャック部40に取り付ける際のチャッキング精度によっては、エンドミル30が回転する際にエンドミル30とチャック部40との間でブレ(振動)が生じ、これによってエンドミル30の軸心30aの軸振れが生じる可能性もある。チャック部40と主軸13aとの結合部についても同様のことが言える。このような様々な原因により、エンドミル30が回転している間、エンドミル30の軸心30aは軸心30aに垂直な平面内において絶えず振動している。このようなエンドミル30の軸心30aの軸振れ(運動の軌跡)によっても、エンドミル30のエッジ位置は変化する。
Note that the
このように、エンドミル30のエッジ位置は、エンドミル30の軸心30aの軸振れ(運動の軌跡)に起因して変化することがわかった。しかしながら、上述のように、エンドミル30のエッジ位置は、測定基準面Sにおける断面形状にも起因して変化するため、測定されたエッジ光の光量から、エンドミル30の軸心30aの軸振れ(運動の軌跡)の情報だけを抽出するためには、エンドミル30の測定基準面Sにおける断面形状に起因する成分を抽出し、これを取り除く必要がある。ここで、エッジ光の光量の測定において抽出される断面形状は、実断面形状とは異なる形状であり、本願においてはこれを仮想断面形状と呼ぶ。
Thus, it has been found that the edge position of the
次に、仮想断面形状と実断面形状との関係について、図6に示すような実断面形状を有する2つの被測定物401、402を例に挙げて説明する。被測定物401は略星形の実断面形状を有しており、周方向に均等に配置された5つの凸部401a及び凸部の間にそれぞれ配置された5つの凹部401bとを有する。被測定物402は、凸部401aと同じ高さに形成された5つの凸部402a及び凹部401bよりも深く形成された5つの凹部402bを有する。
Next, the relationship between the virtual cross-sectional shape and the real cross-sectional shape will be described by taking two measured
ここで、被測定物401、402は、互いに全く異なる実断面形状を有しているが、被測定物401、402についてエッジ光の光量の測定を行ない、後述の3点法により被測定物401、402の断面形状を抽出すると、いずれの場合にも、5つの凸部403a及び凸部403aの間に配置された5つの凹部403bを有する仮想断面形状403のようになる。つまり、ここで、被測定物401、402の実断面形状と、仮想断面形状403を比較すると、仮想断面形状403の凸部403aの高さは実断面形状の凸部401a、402aの高さと同じであるが、仮想断面形状403の凹部403bの深さは実断面形状の凹部401b、402bよりも浅くなっている。言い換えると、仮想断面形状403は、実断面形状の凸部の高さは再現しているものの、凹部の深さは再現していない。このことから、被測定物に半径方向に長い凸部と、凸部に比べて半径方向に短い凹部とがある場合、被測定物のエッジ位置は、凸部の影響を受けやすいが凹部の影響は受けにくいことがわかる。
Here, although the measured
次に、エッジ光の光量の測定によって得られたデータから、仮想断面形状を抽出する際に用いる3点法について説明する。図3に示すように、3つのレーザ発光部121の発するレーザ光121aについて、全ての光軸からの距離が等しくなるように原点Oを設定する。さらに、3つのフォトダイオード122のうちの1つのフォトダイオード122について、エッジ光の変位方向がゼロとなるように、x軸、y軸を設定する。そして、残り2つのフォトダイオード122をそれぞれφ[rad]、ψ[rad]の角度に配置したとする。このとき、被測定物の仮想断面形状、被測定物のx軸方向の振動成分、及び、y軸方向の振動成分を、それぞれ、x軸からの角度θとしてR(θ)、x(θ)、y(θ)と表すとき、3つのフォトダイオード122の出力Sa、Sb、Scは数式1のように表される。
Next, a three-point method used when extracting a virtual cross-sectional shape from data obtained by measuring the amount of edge light will be described. As shown in FIG. 3, the origin O is set so that the distances from all the optical axes are equal for the
ここで、Φ=φ+π/2、Ψ=ψ+π/2と変数変換し、関数S(θ)を数式2のように定義する。このとき数式3を満たすように定数a、b、Φ、Ψを選ぶと、関数S(θ)は数式4のように表される。
Here, variable transformation is performed as Φ = φ + π / 2 and ψ = ψ + π / 2, and the function S (θ) is defined as in
さらに、仮想断面形状R(θ)を数式5のように山数をkとしてフーリエ級数展開し、数式6のように定数αk、βkを定義する。これらを数式4に代入すると、関数S(θ)は数式7のように表すことができる。
数式2に示されるように、3つのフォトダイオード122の出力から、S(θ)を導出できる。これをフーリエ変換して各次数の係数を数式7と比較することにより、仮想断面形状R(θ)のフーリエ係数Ak,Bkをそれぞれ決定することができ、数式5により仮想断面形状R(θ)を求めることができる。仮想断面形状R(θ)が決定されれば、数式1により、x方向の振動成分x(θ)、y方向の振動成分y(θ)も求めることができる。このようにして、測定された3つのフォトダイオード122からの出力から、仮想断面形状R(θ)、x方向の振動成分x(θ)及びy方向の振動成分y(θ)をそれぞれ抽出することができる。
As shown in
このように、本願発明者は、エッジ光の光量を測定し、実断面形状とは異なる仮想断面形状R(θ)を抽出することによって、被測定物の軸心の運動の軌跡(x(θ)、y(θ))を求めることができることを見出した。次に、この知見に基づいて、実際にエンドミル30の軸心の運動の軌跡及び軸振れの大きさを求めることができることを確かめるために、上述のエンドミル30の軸心30aの軸振れの計測についてのシミュレーションを行った。
As described above, the inventor of the present application measures the light amount of the edge light and extracts the virtual cross-sectional shape R (θ) different from the actual cross-sectional shape, so that the trajectory (x (θ ), Y (θ)) was found. Next, on the basis of this knowledge, in order to confirm that the trajectory of the axial center of the
このシミュレーションにおいて、データのサンプリングレートは1回転当たり512回とした。また、3つのフォトダイオード122は、φ=149.8°、ψ=210.23°の角度に配置した。
In this simulation, the data sampling rate was 512 times per revolution. The three
図7(a)、(b)にシミュレーションの結果を示す。ここで、図7(a)に示すように、シミュレーションより得られたエンドミル30の軸心30aの運動の軌跡233と、このシミュレーションにおいてエンドミル30に与えられた運動の軌跡234とは非常に良く一致しており、標準偏差は0.0058μmであることがわかった。このことから、上述の方法に基づく、エンドミル30の軸心30aの軸振れの計測方法(軸心の運動の軌跡の計測方法)が有効であることがわかった。
FIGS. 7A and 7B show simulation results. Here, as shown in FIG. 7A, the
なお、図7(b)に示されるように、本シミュレーションにおいて抽出されたエンドミル30の仮想断面形状232は、実断面形状231と異なっている。特に、実断面形状231は、エンドミル30の外周刃34a、34bの先端にそれぞれ対応する、仮想断面形状232の凸部の先端232a、232bとは重なっているが、実断面形状231の窪んだ部分では仮想断面形状232とは重なっていない。また、実断面形状に凸部の先端付近のような鋭角的な形状があったとしても、仮想断面形状232においてはなだらかな形状として反映されることもわかる。
As shown in FIG. 7B, the virtual
実断面形状231が、仮想断面形状232の凸部の先端232a、232bとは重なっているが、実断面形状231の窪んだ部分とは重なっていないことは、前述のように、エッジ光の光量の測定によって抽出される仮想断面形状が、被測定物の凸部の影響を受けやすいが凹部の影響は受けにくいことに対応している。逆に言えば、エッジ光の光量の測定により抽出される仮想断面形状232は、エンドミル30の外周刃34a、34bの先端の高さを忠実に再現していることから、仮想断面形状232の、外周刃34a、34bの先端に対応する箇所の高さを精確に求めることにより、エンドミル30の外周刃34a、34bの摩耗量を求めることができる。
The fact that the actual
ここで、図8に示すようにエンドミル30の外周刃34a、34bの先端の高さを少しずつ低くした場合において、それぞれ上述と同様のシミュレーションを行ない、エンドミル30の外周刃34a、34bの先端の高さと、シミュレーションの結果得られた仮想断面形状から求められた外周刃34a、34bの先端の高さとの間の相関を求めた。図9に示されるように、仮想断面形状から求められた外周刃34a、34bの先端の高さは、実形状のエンドミル30の外周刃34a、34bの先端の高さとほぼ一致していることが分かった。これにより、仮想断面形状232の、外周刃34a、34bの先端に対応する箇所の高さから、エンドミル30の外周刃34a、34bの摩耗量を求めることができることが分かった。
Here, as shown in FIG. 8, when the heights of the tips of the outer
なお、前述のような、図7(b)において、実断面形状に凸部の先端付近のような鋭角的な形状があったとしても、仮想断面形状232においてはなだらかな形状として反映されることは、仮想断面形状232(R(θ))が高周波成分を多く含んでいないことに対応していると考えられる。これを確かめるために、図10のように、実断面形状231をフーリエ展開した場合の各山数における係数Ak、Bkの大きさと、仮想断面形状232をフーリエ展開した場合の、各山数における係数Ak、Bkの大きさとを比較した。これをみても、実断面形状231に比べて、仮想断面形状232(R(θ))は高周波成分が少ないことが分かる。このことから、仮想断面形状232を抽出する場合には、山数をあまり大きくとる必要がなく、1回転当たり256回のサンプリング程度で十分であることが分かった。
Note that, as described above, in FIG. 7B, even if the actual cross-sectional shape has an acute shape such as the vicinity of the tip of the convex portion, the virtual
<第2実施形態>
つぎに、本発明の第2実施形態について説明する。ここで、本実施形態は、第1実施形態における2枚刃のエンドミル30に代えて、4枚刃のエンドミル430を測定対象としたこと以外は、第1実施形態と同様であるため、以下の説明においては、第1実施形態との相違点についてのみ説明することとする。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Here, this embodiment is the same as the first embodiment except that a four-blade end mill 430 is used as a measurement object instead of the two-
図11(a)に示すように、4枚刃のエンドミルの、測定基準面Sにおける実断面形状431は、4枚刃のエンドミルの4つの外周刃に対応する4つの凸部431a〜431dを有する。このような4枚刃のエンドミルを測定対象として、上述と同様のシミュレーションを行い、仮想断面形状432を抽出した。仮想断面形状432と実断面形状431とを比較すると、4つの凸部431a〜431dに対応する部分は非常に良く一致していることが分かる。また、第1実施形態の場合と同様に、仮想断面形状432は、実断面形状431と比較して凹凸の少ない(凹部の深さが浅い)なだらかな形状であることがわかる。
As shown in FIG. 11 (a), the actual
また、図11(b)に示すように、シミュレーションより得られた4枚刃のエンドミルの軸心の運動の軌跡433と、このシミュレーションにおいてエンドミルに与えられた運動の軌跡434とは非常に良く一致しており、標準偏差は0.0071μmであることがわかった。このことから、4枚刃エンドミルのような複雑な形状の被測定物に対しても、上述の方法に基づく、軸振れの計測方法(軸心の運動の軌跡の計測方法)が有効であることがわかった。
Also, as shown in FIG. 11B, the
なお、上述の実施形態において、2枚刃、4枚刃のエンドミルを測定対象としてきた。ここで、2枚刃、4枚刃エンドミルの断面形状は、それぞれ180°対称、90°対称の形状であるが、本発明はこれには限らない。本発明の測定対象となる切削工具等の回転体の断面形状は、任意の角度で回転対称な形状であってもよく、あるいは、回転対称でない形状であってもよい。また、本発明において測定対象となる切削工具は、エンドミルには限らず、例えば、ドリル、リーマ、正面フライス等、任意の形状の切削工具に対して適用することができる。 In the embodiment described above, a two-blade, four-blade end mill has been measured. Here, the cross-sectional shapes of the two-blade and four-blade end mills are 180 ° symmetrical and 90 ° symmetrical, respectively, but the present invention is not limited to this. The cross-sectional shape of a rotating body such as a cutting tool to be measured according to the present invention may be a rotationally symmetric shape at an arbitrary angle, or may be a shape that is not rotationally symmetric. In addition, the cutting tool to be measured in the present invention is not limited to an end mill, and can be applied to a cutting tool having an arbitrary shape such as a drill, a reamer, or a face mill.
また、上述の実施形態において、エッジ光の光量の測定のための光学測定系として、レーザ光を照射するレーザ発光部とフォトダイオードとを例に挙げて説明してきたが、本発明はこれに限らず、安定した出力で所定の領域に平行光を照射しうる発光装置と、照射された光の光量を測定しうる光量測定装置である限りにおいて、任意の発光装置及び光量測定装置を有する光学測定系を使用しうる。また、例えば、レーザ発光部に代えて、指向性を高くしたLED装置等を使用しうる。また、フォトダイオードに代えて、CCD等を使用してもよい。また、光学測定系の数は少なくとも3つあればよい。上述の実施形態においては、切削工具の一端にレーザ光を照射し、その端部におけるエッジ光の光量を測定していた。しかしながら、本発明はこれに限らず、例えば、切削工具の幅(レーザ光の光軸に直交する方向の長さ)よりも広いレーザ光を照射するとともに、2分割されたフォトダイオードを用いて切削工具の幅方向両端においてエッジ光の光量の測定を同時に行なってもよい。このとき、切削工具が一方向にずれた場合、2分割されたフォトダイオードの一方の光量が増加し、他方の光量が減少するため、これにより、測定の感度を向上させることができる。 In the above-described embodiment, the optical measurement system for measuring the amount of edge light has been described by taking the laser light emitting unit and the photodiode that irradiate the laser light as examples. However, the present invention is not limited to this. As long as it is a light emitting device that can irradiate a predetermined region with parallel light with a stable output and a light amount measuring device that can measure the light amount of the irradiated light, optical measurement having an arbitrary light emitting device and light amount measuring device A system may be used. In addition, for example, an LED device with high directivity can be used instead of the laser light emitting unit. Further, a CCD or the like may be used instead of the photodiode. The number of optical measurement systems may be at least three. In the embodiment described above, one end of the cutting tool is irradiated with laser light, and the amount of edge light at the end is measured. However, the present invention is not limited to this. For example, a laser beam wider than the width of the cutting tool (the length in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam) is irradiated, and cutting is performed using a two-divided photodiode. You may measure the light quantity of edge light simultaneously in the both ends of the tool width direction. At this time, when the cutting tool is displaced in one direction, the light quantity of one of the two divided photodiodes increases and the light quantity of the other decreases, so that the measurement sensitivity can be improved.
なお、上記実施形態において、回転する切削工具を測定対象としており、測定基準面における断面の直径は約10mm〜数十mm程度であった。しかしながら本発明は切削工具のような細い棒状の回転体のみを測定対象とすることに限らず、任意の大きさ、任意の形状の回転体における軸振れを測定するために適用することができる。例えば、プロペラのような、測定基準面における断面の直径が数十cm〜数m程度に及ぶ大型の回転体において、その軸振れを測定する場合にも本発明を適用しうる。なお、測定対象が比較的大型の回転体である場合のように、レーザ発光部の1つから発せられたレーザ光の一部が回転体により散乱されて、他の組のフォトダイオード入射するおそれがない場合等には、必ずしも各レーザ発光部から発せられるレーザ光の波長を別波長とする必要はなく、同一の波長のレーザ光を発するレーザ発光部を使用してもよい。あるいは、ワークを把持した状態で高速に回転させ、固定された切削工具に当接させて切削加工を行う旋盤においても、本発明を適用しうる。この場合には、切削工具ではなく、ワークについて上述の方法と同様の方法によりエッジ光の光量の測定を行うことにより、ワークの回転中心の運動の軌跡及び軸振れを抽出することができる。また、測定対象となる回転体の、測定基準面における断面形状は任意の形状であってよく、上述の実施形態において例示してきた2枚刃、4枚刃のエンドミルのように、必ずしも半径方向に鋭い切れ込みが形成されていなくてもよい。例えば、測定対象となる回転体は、測定基準面において円形の断面形状を有してもよい。この場合であっても、測定対象となる回転体の測定基準面における実断面形状は、真円とはならず、工作精度に起因する凹凸を有することになる。このとき、上述のようなエッジ光の測定によって得られる仮想断面形状は、実断面形状とは異なる形状であり、具体的には、実断面形状よりも凹部の深さが浅いなだらかな形状として抽出される。 In the above embodiment, a rotating cutting tool is a measurement object, and the cross-sectional diameter of the measurement reference plane is about 10 mm to several tens of mm. However, the present invention is not limited to a thin rod-shaped rotating body such as a cutting tool, and can be applied to measure axial runout in a rotating body of any size and arbitrary shape. For example, the present invention can also be applied to measuring the axial runout of a large rotating body having a cross-sectional diameter of about several tens of centimeters to several meters, such as a propeller. Note that, as in the case where the measurement target is a relatively large rotating body, a part of the laser light emitted from one of the laser emission units may be scattered by the rotating body and enter another set of photodiodes. In the case where there is no laser beam, it is not always necessary to set the wavelength of the laser light emitted from each laser light emitting unit to a different wavelength, and a laser light emitting unit that emits laser light having the same wavelength may be used. Alternatively, the present invention can also be applied to a lathe that performs cutting by rotating at high speed while holding a workpiece and abutting against a fixed cutting tool. In this case, by measuring the amount of edge light with respect to the workpiece, not the cutting tool, by the same method as described above, it is possible to extract the movement locus and the shaft runout of the rotation center of the workpiece. Moreover, the cross-sectional shape on the measurement reference plane of the rotating body to be measured may be an arbitrary shape, and is not necessarily in the radial direction, like the two-blade and four-flute end mills exemplified in the above embodiment. A sharp notch may not be formed. For example, the rotating body to be measured may have a circular cross-sectional shape on the measurement reference plane. Even in this case, the actual cross-sectional shape on the measurement reference plane of the rotating body to be measured is not a perfect circle, but has irregularities due to the work accuracy. At this time, the virtual cross-sectional shape obtained by measuring the edge light as described above is a shape different from the real cross-sectional shape, and specifically, extracted as a gentle shape having a shallower depth of the recess than the real cross-sectional shape. Is done.
複雑な形状を有する任意の回転体について、数千rpm以上の高速回転している場合であっても、回転軸心の運動軌跡および軸振れを高精度(例えば1μm以下の精度)で測定することができる。 Even if a rotating body having a complicated shape is rotating at a high speed of several thousand rpm or more, the motion trajectory and axial runout of the rotating shaft center are measured with high accuracy (for example, accuracy of 1 μm or less). Can do.
1 軸振れ計測システム
10 フライス盤
13a 主軸
30 エンドミル
110 制御部
120 光学測定系
1 Axis run-out
Claims (6)
所定の回転速度で回転可能に設けられた主軸に、前記回転体を取り付けることと、
前記回転体の前記回転軸心に垂直な垂直面内に、前記回転体の一部を挟んで対向する3組の発光部及び受光部の組を配置することと、
前記回転体を、前記主軸と一体的に前記所定の回転速度で回転させつつ、前記各発光部から前記各受光部に向けて光を照射して、前記光のうち、前記回転体に遮られることなく前記各受光部で受光されるエッジ光の光量を測定することと、
前記エッジ光により前記回転体の前記垂直面の断面形状と比べて凹部の深さが浅くなだらかな形状となった仮想断面形状を、前記各受光部で測定された前記エッジ光の光量に基づいて求めることと、
前記エッジ光の光量及び前記仮想断面形状に基づいて、前記回転体の前記回転軸心の前記垂直面内における運動の軌跡を求めることとを備える方法。 A method for measuring a trajectory of a rotation axis of a rotating body having irregularities ,
Attaching the rotating body to a main shaft rotatably provided at a predetermined rotation speed;
Disposing three sets of light emitting units and light receiving units facing each other across a part of the rotating body in a vertical plane perpendicular to the rotational axis of the rotating body;
While rotating the rotating body integrally with the main shaft at the predetermined rotation speed, light is irradiated from the light emitting units toward the light receiving units, and the light is blocked by the rotating body. Without measuring the amount of edge light received by each light receiving unit without,
The virtual cross section the depth of the recess compared to the cross-sectional shape of the vertical surface is a shallow gentle shape of the rotating body, based the on light intensity of the edge light measured by the light receiving portion by the edge light and asked Mel,
Obtaining a trajectory of movement in the vertical plane of the rotation axis of the rotating body based on the light quantity of the edge light and the virtual cross-sectional shape.
前記仮想断面形状は、前記第1凸部に対応する第2凸部を有し、
前記回転軸心と第1凸部との間の距離は、前記回転軸心と前記第2凸部との間の距離と同じである請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 The cross-sectional shape of the vertical surface of the rotating body has a first convex portion having the longest distance from the rotational axis,
The virtual cross-sectional shape has a second convex portion corresponding to the first convex portion,
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a distance between the rotation axis and the first protrusion is the same as a distance between the rotation axis and the second protrusion.
前記仮想断面形状は、前記第1凹部に対応する第2凹部を有し、
前記回転軸心と第2凹部との間の距離は、前記回転軸心と前記第1凹部との間の距離よりも長い請求項4に記載の方法。 The cross-sectional shape of the vertical surface of the rotating body has a first recess having a shortest distance from the rotation axis,
The virtual cross-sectional shape has a second recess corresponding to the first recess,
The method according to claim 4, wherein a distance between the rotation axis and the second recess is longer than a distance between the rotation axis and the first recess.
所定の軸方向に延在し、一端に前記回転体を固定する固定部が設けられた主軸、及び、前記主軸の他端に連結され、前記主軸を前記軸を中心として回転させるモータを有する主軸頭と、
前記回転体の前記回転軸心に垂直な垂直面内に、前記回転体の一部を挟んで対向するように配置された3組の発光部及び受光部の組と、
前記回転体を、前記主軸と一体的に前記所定の回転速度で回転させつつ、前記各発光部から前記各受光部に向けて光を照射させて、前記光のうち、前記回転体に遮られることなく前記各受光部で受光されるエッジ光の光量を測定させ、前記エッジ光により前記回転体の前記垂直面の断面形状と比べて凹部の深さが浅くなだらかな形状となった仮想断面形状を、前記各受光部で測定された前記エッジ光の光量に基づいて求めるとともに、前記エッジ光の光量及び前記仮想断面形状に基づいて、前記回転体の前記回転軸心の前記垂直面内における運動の軌跡を求める制御部と、を備える計測システム。 A measurement system for measuring a trajectory of a rotation axis of a rotating body having irregularities ,
A main shaft having a main shaft extending in a predetermined axial direction and provided with a fixing portion for fixing the rotating body at one end, and a motor connected to the other end of the main shaft and rotating the main shaft about the shaft Head,
A set of three light emitting units and a light receiving unit disposed so as to face each other across a part of the rotating body in a vertical plane perpendicular to the rotation axis of the rotating body;
While rotating the rotating body integrally with the main shaft at the predetermined rotation speed, light is irradiated from the light emitting units toward the light receiving units, and the light is blocked by the rotating body. The virtual cross-sectional shape in which the amount of edge light received by each of the light-receiving units is measured without being reduced, and the concave portion has a shallower depth than the cross-sectional shape of the vertical surface of the rotating body by the edge light. , it said with determined Mel based on the amount of the light receiving portion and the edge light measured by, on the basis of the edge light quantity and the virtual cross-section, the rotating body the rotation axis of the vertical plane of the And a control unit for obtaining a trajectory of movement in the measurement system.
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