加工機における多機能機内測定装置
【課題】本発明は，ワークに対して各種の加工を再チャッキングすることなく加工できるＮＣ工作機械等の加工機において，１つの計測ユニットによって加工済のワークに対して各種の測定を可能にした多機能機内測定装置を提供する。
【解決手段】この多機能機内測定装置は，軸付き砥石３２が装着された水平軸ユニット５，垂直軸状態又は斜軸状態に変更可能な工具ホルダ部２５，２６が装着されたＹ軸ユニット４，及び機内計測ユニット６がＸ軸スライド２に配設されたものである。１つの機内計測ユニット６は加工されたワーク１９に対して，内径，外形，段差等のワークの形状寸法を測定するタッチセンサと，球面，非球面等の端面等の表面形状をトレースして測定する変位センサとの機能を備えている。
【解決手段】この多機能機内測定装置は，軸付き砥石３２が装着された水平軸ユニット５，垂直軸状態又は斜軸状態に変更可能な工具ホルダ部２５，２６が装着されたＹ軸ユニット４，及び機内計測ユニット６がＸ軸スライド２に配設されたものである。１つの機内計測ユニット６は加工されたワーク１９に対して，内径，外形，段差等のワークの形状寸法を測定するタッチセンサと，球面，非球面等の端面等の表面形状をトレースして測定する変位センサとの機能を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，ワークを把持した主軸に対して移動するＸ軸スライドに少なくとも機内計測ユニットを配設した加工機において，１つの機内計測ユニットによってワークの外径，内径，段差等の形状寸法を測定すると共に，端面等の表面における球面形状，非球面形状等の表面形状をトレースして，それらの形状誤差等を測定することができる加工機における多機能機内測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，旋盤，研削盤，ＮＣ工作機械等の加工機において，被加工物を所定の図面形状に加工し，被加工物を一旦加工機から取り外し，機外の測定器によって各々の加工状態を測定し，確認するのが一般的である。また，加工機内で被加工物をアンチャック無しに測定し，目的の形状に達していなければ，被加工物に対して補正加工を再度行うような加工機も知られているが，その機内測定方法は，タッチセンサタイプと変位計タイプに分かれており，タッチセンサでは，主に，加工されたワークの径，長さ，段差等の形状寸法を計測し，また，変位計タイプでは，加工されたワークの端面等の表面をトレースして球面形状，非球面形状等の表面形状，或いはそれらの形状誤差を計測するものである。
【０００３】
従来，加工されたワークの自由曲面形状を測定する自由曲面形状測定方法が知られている。該自由曲面形状測定方法は，ワークスピンドルと工具スピンドルを有する直交３軸加工機に変位測定器を取り付け，ワークの測定点と測定点から変位測定器のプローブ中心軸線へ垂直に下ろした線との交点を結ぶベクトルと，測定点における自由曲面の法線ベクトルとがなす角度が一定になるように，直交３軸加工機の３軸制御を行ってワークの自由曲面の形状測定加工を行うものである（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，金型等の球面，非球面，自由曲面を加工する加工装置において，被加工物に固定したまま加工面を接触式計測器により計測する自由曲面加工装置が知られている。該自由曲面加工装置は，加工時に接触式計測器を工具と離隔し，測定時にプローブの飛び出し方向線が回転軸線と交差させ，プローブの飛び出し量が一定となるようにＺ軸，Ｘ軸方向に走査し，被加工物の加工面の形状をＺ，Ｘ軸データとして測定し，保存する。回転軸を含む所定の測定範囲まで測定した後，被加工物を１８０°回転させ，再度測定し，Ｚ，Ｘ軸データとして保存し，加工面形状を算出するものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
また，旋盤の機内計測器の校正装置として，加工済みワークの外径等を主軸に装着したままで計測し，測定値補正量の設定値を校正するものが知られている。該機内計測器の校正装置は，主軸に保持されたワークの寸法を計測する機内計測器と，ガントリローダとを備えた自動運転ＮＣ旋盤において，マスタワークの常置部と，自動運転中の所定時に常置部のマスタワークを主軸にガントリローダで装着させる校正用ローダ指令手段と，この装着されたマスタワークを機内計測器で計測させて機内計測器の計測補正量の設定値を更新する校正実行手段とを備えたものである（例えば，特許文献３参照）。
【０００６】
ところで，本出願人は，ＮＣ工作機械について，ワークを再チャッキングすることなく，ワークに対する各種の研削，切削加工を，工具の姿勢を変更したり，別の工具に交換して一連の加工を並行して高精度に迅速に達成するものを開発し，それを先に特許出願をした。該ＮＣ工作機械は，主軸台に回転可能に配置され且つワークを把持するチャックを取り付ける主軸，及び主軸が移動するＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライドを備えており，軸付き砥石が装着された水平軸ユニットと垂直軸状態又は斜軸状態に変更可能な工具ユニットが装着されたＹ軸ユニットとがＸ軸スライドに載置されている。工具ユニットが垂直軸状態の場合には，Ｙ軸ユニットのホルダベースをＸ軸方向に平行に設定し，斜軸状態の場合には，ホルダベースをＸ軸方向に直交して設定するものである。更に，上記ＮＣ工作機械は，Ｙ軸ユニットがＸ軸スライドに固定されたベースプレートに旋回可能に取り付けられた旋回プレートに取り付けられ，旋回プレートをベースプレート上で９０°回転させることによってホルダベースの位置が変更され，ベースプレートには，旋回プレートの旋回をガイドするアジャストプレートが設けられている。また，上記ＮＣ工作機械は，工具ユニットをＹ軸ユニットに斜軸状態に装着する場合には，工具ユニットをホルダベース上で予め決められた所定量を下降させ，次いで，予め決められた所定量を傾斜させて工具ユニットをＹ軸ユニットに固定して設定できるものである（例えば，特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−４３７７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１０３６６７号公報
【特許文献３】特開平５−２０８３４４号公報
【特許文献４】特開平２００７−２５３３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，上記した本出願人に係るＮＣ工作機械を開示した特許文献４では，各種の研削，切削加工を行ったワークに対して，機内測定装置によってワークの外形等の各種寸法の測定や，ワークの形状誤差等の表面形状の測定については開示されていなかった。また，従来の機内測定装置では，センサのタイプにより使用方法が異なっており，１つの計測ユニットでは，ワークに対する各種の外形や表面形状の全てについて機内測定ができないという問題があり，また，別の計測ユニットをＮＣ工作機械等の加工機に装着すると，機内の加工のための有効スペースが狭くなり，従来の機内では余分なスペースが無く，計測ユニットの設置場所の制約が大きく，現実的には複数の計測ユニットを設置することができない現状である。また，ＮＣ工作機械等の加工機では，幾ら精度の良い超精密加工機でも，ワークを加工する際の刃具の摩耗が起き得る現象であり，この刃具の摩耗に伴うワークに対する加工について，ワークの加工に外形寸法や表面形状の誤差が発生するものであり，そのため信頼性のある高精度のワーク加工ができず，問題であった。
【０００９】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，例えば，本出願人が開発した特開平２００７−２５３３０６号公報で開示したＮＣ工作機械等の加工機において，各種の加工を行ったワークに対して，１つの機内計測ユニットによってワークの直径，段差等の形状寸法の測定や，ワークの球面形状，非球面形状，それらの形状誤差等の表面形状の測定を可能にしたものであって，機内計測ユニットをワークの外径，内径，テーパ，段差等の外形等の形状寸法を計測するタッチセンサとして使用する時は，スライダ固定用治具によってエア静圧スライドユニットにおけるスライダベースにスライダを固定し，内蔵されたタッチセンサによって非加工ワークの接触時の座標を基準にして計測を行い，また，ワークの球面形状，非球面形状，又はその他の種々の表面形状をトレースしてワークの形状や誤差を計測する変位センサとして使用する時は，エア静圧スライドユニットのスライダを固定せず，ワークに接するタッチプローブを通じて前後の動きを読み取って計測することを可能にし，１本の機内計測ユニットでワークの各種の測定を機内測定で高精度に実現し，装置そのものをコンパクトに構成し，ワークの測定時間を短縮し，ワーク加工の生産性をアップすることを特徴とする加工機における多機能機内測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，主軸台に回転可能に設けられ且つワークを回転可能に支持する主軸，及び前記主軸の軸心であるＺ軸方向に直交するＸ軸方向に少なくとも移動可能なＸ軸スライドを備えている加工機において，
前記Ｘ軸スライドには，少なくとも機内計測ユニットが配設されており，
前記機内計測ユニットは，前記Ｘ軸スライドに固定されたユニットベース，前記ユニットベースに取り付けられたスライダベースと前記スライダベースに対して摺動可能なスライダから構成されたエア静圧スライドユニット，前記スライダに固定されたタッチセンサ本体に取り付けられ且つ前記主軸側に延びて前記ワークに接触可能なタッチプローブ，前記スライダに連結された変位センサ，及び前記スライダと前記スライダベースとを固定又は解放するスライダ固定手段を備えており， 前記スライダ固定手段で前記スライダを前記スライダベースに固定した状態で前記タッチプローブが前記ワークに接して前記ワークの外形寸法等の形状寸法を計測するタッチセンサが構成され，前記スライダ固定手段で前記スライダを前記スライダベースから解放して前記スライダを摺動状態にし，前記タッチプローブが前記ワークの端面等の表面形状をトレースして計測する前記タッチプローブの軸方向変動が前記スライダを介して伝達されて前記変位センサが構成されることを特徴とする加工機における多機能機内測定装置に関する。
【００１１】
この多機能機内測定装置において，前記タッチセンサによって計測される前記ワークの測定対象は，前記ワークの外径，内径，段差，又はコーナＲの絶対値の前記形状寸法であり，また，前記変位センサによって計測される前記ワークの測定対象は，前記ワークの球面形状，非球面形状，形状誤差，或いは段差，テーパ，球面等で構成される連続した形状を伴う端面等の前記表面形状である。
【００１２】
また，この多機能機内測定装置では，前記スライダと前記変位センサとは，前記スライダに固定された連結ロッド，及び前記連結ロッドと前記変位センサとを連結するジョイントによって連結されている。
【００１３】
また，この多機能機内測定装置は，前記エア静圧スライドユニットの前記スライダベースと前記ユニットベースとの連結途中には，前記ユニットベースに対して前記エア静圧スライドユニットの傾斜を調整する傾斜調整用ユニットと，前記ユニットベースに対して前記エア静圧スライドユニットの高さを調整する高さ調整用ユニットとが設けられているものである。
【００１４】
また，この多機能機内測定装置において，前記スライダに固定された前記連結ロッドは，前記傾斜調整用ユニットと前記高さ調整用ユニットとに形成された中央空所を貫通して前記変位センサへと延びている。また，前記スライダ固定手段は，前記スライダを前記スライダベースに固定するスライダ固定用プレートで構成されている。更に，前記タッチプローブの前記ワークに対する押圧力は，前記エア静圧スライドユニットに設けられた触圧調整スプリングによって調整されるものである。
【００１５】
この加工機における多機能機内測定装置は，前記Ｘ軸スライドには，第１研削スピンドルで駆動され且つ第１砥石が取り付けられる水平軸ユニット，及び第２研削スピンドルで駆動され且つ第２砥石が取り付けられるＹ軸ユニットがそれぞれ載置されており，前記Ｙ軸ユニットに設けたホルダベースには垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに変更可能な工具ホルダ部が装着されているものである。更に，前記機内計測ユニットは，前記水平軸ユニットと前記Ｙ軸ユニットとの間の位置において前記Ｘ軸スライドに配設されている。
【００１６】
又は，この加工機における多機能機内測定装置は，前記Ｘ軸スライドには，前記機内計測ユニットに隣接して少なくとも１つのホルダベースが取り付けられ，前記ホルダベースには各種のバイトが取り付けられるバイトホルダが固定されているものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明による加工機における多機能機内測定装置は，上記のように構成されているので，刃具の摩耗に伴うワークに対する加工について，寸法や形状誤差が発生することを含めて，加工されたワークに対して発生した寸法誤差や形状誤差の全ての測定を１本の機内計測ユニットで測定可能にし，主軸からワークを取り外すことなくワークに対して補正加工を行うことを可能にし，しかもワークに対する各種の誤差を高精度に容易に計測でき，例えば，光学金型等については，外径，内径，端面等の一般加工と，レンズ部の球面加工や非球面加工等を同時加工することを実現し，レンズ等のワークの加工後に，アンチャック無しで，全ての計測を機内で可能にするという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明による多機能機内測定装置を搭載したＮＣ工作機械を示す平面図である。
【図２】図１のＮＣ工作機械におけるＹ軸ユニットを傾斜させた状態を示す平面図である。
【図３】図１のＮＣ工作機械における多機能機内測定装置を示す側面図である。
【図４】図３の多機能機内測定装置を示す拡大側面図である。
【図５】図３の多機能機内測定装置を示す平面図である。
【図６】図５の多機能機内測定装置の一部破断の拡大平面図である。
【図７】図３の多機能機内測定装置を示す背面図である。
【図８】この発明による多機能機内測定装置を搭載した旋盤等の加工機を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下，図面を参照して，この発明による多機能機内測定装置を搭載した加工機の中でもＮＣ工作機械の例を説明する。この多機能機内測定装置は，種々のタイプの加工機に適用できる。このＮＣ工作機械は，例えば，ベッド１上にＺ軸方向に往復移動可能に配設されたＺ軸スライド３，Ｚ軸スライド３に設置された主軸１０を回転自在に支持する主軸台１１，及びＺ軸テーブル３に対してベッド１上で独立して設けられ且つＺ軸スライド３が往復移動するＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライド２を有する。Ｚ軸スライド３は，ベッド１上でサーボモータ等のモータ（図示せず）でＺ軸方向に往復移動するように構成されている。また，主軸台１１に回転自在に支持された主軸１０は，例えば，スピンドルモータによって回転駆動される。主軸１０の先端には，ワーク１９を把持するチャック１２が設けられている。ワーク１９は，チャック１２に把持されて主軸１０の回転駆動によって回転させられる。また，Ｘ軸スライド２は，Ｚ軸テーブル３のＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能であり，主軸１０のチャック１２に取り付けられたワーク１９と対向するようにベッド１上に配置されている。Ｘ軸スライド２は，刃物台ユニットを構成し，ベッド１上でサーボモータ等のモータ（図示せず）でＸ軸方向に往復移動するように構成されている。
【００２０】
このＮＣ工作機械は，Ｘ軸スライド２には，水平軸ユニット５と水平軸ユニット５に隔置して位置したＹ軸ユニット４との２種類の刃物台，及び該刃物台に隣接，図１では中間位置に，本願発明の特徴である多機能機内測定装置を構成する機内計測ユニット７が配設されている。このＮＣ工作機械において，水平軸ユニット５とＹ軸ユニット４には，研削スピンドル１３が組み込まれ，ワーク１９を研削加工する砥石等の工具の回転駆動を行うように構成されている。
【００２１】
水平軸ユニット５は，Ｘ軸スライド２に固定されたベース２４に対して水平方向を変更できるホルダ６４を備えており，ホルダ６４には取付け角度を変更可能に取り付けられる工具ホルダ部２５が取り付けられ，ベース２４上でホルダ６４を回転移動させてホルダ６４をベース２４に固定することによって工具ホルダ部２５の水平方向の向きを変更できる。ホルダ６４には，軸付き砥石３２等の工具を取り付けるための工具ホルダ部２５が一体構造に設けられている。また，Ｙ軸ユニット４に設けたホルダベース１５，１６には，垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに姿勢変更可能な工具ホルダ部２６が装着されている。Ｙ軸ユニット４に工具ホルダ部２６を斜軸の姿勢に装着した場合に，工具ホルダ部２６に装着されたコレット工具１４（図２）に軸付き砥石３２として円筒型砥石１８をセットすると，小径のワーク１９を加工するのに適している。工具ホルダ部２６は，Ｙ軸ユニット４に対して，ホルダベース１５，１６を介して２種類の状態即ち姿勢に取り付けることができる。このＮＣ工作機械では，Ｙ軸ユニット４に工具ホルダ部２６を垂直軸状態の姿勢に装着する場合には，Ｙ軸ユニット４のホルダベース１５，１６がＸ軸方向に平行になるようにＸ軸スライド２に設定する。また，Ｙ軸ユニット４に工具ホルダ部２６を斜軸状態の姿勢に装着する場合には，Ｙ軸ユニット４のホルダベース１５，１６をＸ軸方向に直交してＸ軸スライド２に設定するものである。
【００２２】
この発明による加工機における多機能機内測定装置は，上記のＮＣ工作機械に設けられたものである。このＮＣ工作機械は，Ｘ軸スライド２には，研削スピンドル１３で駆動され且つワーク１９を加工する軸付き砥石３２が取り付けられた水平軸ユニット５，研削スピンドル１３で駆動され且つワーク１９を加工するそろばん型砥石１７又は円筒形砥石１８が取り付けられた垂直軸ユニットであるＹ軸ユニット４，及び水平軸ユニット５とＹ軸ユニット４との間に配置された多機能機内測定装置を構成する機内計測ユニット６がそれぞれ載置即ち配設されている。また，Ｙ軸ユニット４は，それに設けたホルダベース１５，１６には垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに変更可能な工具ホルダ部２６が装着されている。
【００２３】
機内計測ユニット６は，Ｘ軸スライド２にユニットベース２０を介して取り付けられている。機内計測ユニット６は，Ｘ軸スライド２に固定されたユニットベース２０に取り付けられたスライダベース４５と該スライダベース４５上を摺動可能なスライダ２１から構成されたエア静圧スライドユニット２２，スライダ２１に押え治具３６，３７で固定されたタッチセンサ本体７に取り付けられ且つ主軸１０側に延びてワーク１９に接触可能なタッチプローブ８，スライダ２１に連結された変位センサ９，及びスライダ２１とスライダベース４５とを固定又は解放するスライダ固定用プレート３０等のスライダ固定手段を備えている。機内計測ユニット６は，各種の研削加工を行ったワーク１９に対して，ワーク１９の外径，内径，段差等の外形等の形状寸法の測定，及びワーク１９の球面形状，非球面形状等の表面形状をトレースして計測し，それらの形状誤差等を測定することができるものである。この多機能機内測定装置は，スライダ固定用プレート３０によってスライダ２１をスライダベース４５に固定した状態で，タッチプローブ８がワーク１９の外形等の形状寸法を計測するタッチセンサを構成し，また，スライダ固定用プレート３０によってスライダ２１をスライダベース４５から解放した摺動状態で，タッチプローブ８がワーク１９の端面等の表面形状をトレースして計測し，タッチプローブ８の軸方向変動がスライダ２１を介して変位センサ９に伝達され，変動した変位センサ９によってワーク１９の表面形状が測定される。即ち，この多機能機内測定装置は，ワーク１９に対して異なった２種類，即ち，形状寸法と表面形状の測定を可能にしたものである。この多機能機内測定装置において，エア静圧スライドユニット２２は，エア静圧スライドユニット２２と傾斜調整用ユニット２７のスライド部材４０とに固定した一対の補強プレート５５で補強して剛性がアップされている。
【００２４】
機内計測ユニット６におけるエア静圧スライドユニット２２の上部には，タッチプローブ８のワーク１９に対する触圧調整のため，一対のスプリング２３が設けられている。スプリング２３は，タッチプローブ８のワーク１９に対する押圧力である触圧を調整する機能を有している。触圧調整機構では，スライダ２１の前後には端板６０が固定されており，両端板６０にはスプリング２３の一端を掛けるスプリング掛け棒５８が取り付けられている。また，スライダ２１の上面には調整プレート５７が摺動可能に取り付けられている。調整プレート５７には，スプリング２３の他端を掛けるスプリング掛け棒５９が取り付けられている。図５に示すように，機内計測ユニット６では，調整プレート５７に設けた調整孔である長孔６１には固定ねじ６２が挿通され，それによって調整プレート５７はスライダ２１の調整された所定の位置で固定ねじ６２によって固定される。
【００２５】
スライダ２１は，前後に僅かに，例えば，±１ｍｍ程度，調整移動させることができる。ダイヤルゲージをスライダ２１の前面に当て，ストローク中心に合せ，スプリング２３をスプリング掛け棒５８，５９に掛け，調整プレート５７でストローク中心に調整する。また，タッチプローブ８は，突き出し長さが短い時にはエクステンションバー（図示せず）を使用することもできる。エア静圧スライドユニット２２は，その下面がセットねじ又はボールプランジャ等の支持部材５６によってユニットベース２０上に載置状態に支持され，安定性が確保されている。
【００２６】
機内計測ユニット６は，プレートから構成できるスライダ固定手段によってスライダ２１をスライダベース４５に固定してタッチセンサ本体７に内蔵されたタッチセンサを付勢してワーク１９の外径，内径，段差等等のワークの寸法を計測し，また，スライダ固定手段によってスライダ２１をスライダベース４５から解放してタッチプローブ８の変動を変位センサ９に伝達して変位センサ９を付勢し，ワーク１９の球面形状，非球面形状等の表面形状をトレースして，これらの形状誤差等の計測するものである。この多機能機内測定装置は，内蔵されたタッチセンサによって非加工ワーク１９の接触時の座標を用いて計測を行い，ワーク１９の球面形状，非球面形状等の端面等の表面形状を計測するトレースする時は，エア静圧スライドユニット２２におけるスライダ２１をスライダベース４５に固定せずに解放して，ワーク１９に接するタッチプローブ８を通じて前後の動きを読み取る変位センサ９として機能させ，ワーク形状をトレースして計測するものである。変位センサ９は，ケース５４内を貫通してセットされ，例えば，分解能が０．０１μｍの精度のものが使用されている。
【００２７】
また，この多機能機内測定装置において，スライダ２１と変位センサ９とは，スライダ２１に固定された連結ロッド３５，及び連結ロッド３５と変位センサ９とを連結するジョイント３４によって連結されている。また，この多機能機内測定装置において，エア静圧スライドユニット２２は，高さ調整用ユニット２８と傾斜調整用ユニット２７とを介してユニットベース２０に取り付けられている。また，タッチプローブ８のワーク１９に対する高低状態を高さ調整用ユニット２８で調整し，また，傾斜状態を傾斜調整用ユニット２７で調整する。従って，エア静圧スライドユニット２２は，高さ調整用ユニット２８によってユニットベース２０に対して高さが調節され，また，傾斜調整用ユニット２７によってユニットベース２０に対して傾斜が調節されるように構成されている。また，タッチセンサ本体７を固定したスライダ２１には，高さ調整用ユニット２８の中央孔等の中央空所５２と傾斜調整用ユニット２７の中央孔等の中央空所５３とを貫通する連結ロッド３５が固定されている。連結ロッド３５と変位センサ９とはジョイント３４で連結されている。それ故に，スライダ２１と変位センサ９とは，連結ロッド３５とジョイント３４とを介して連結されている。従って，タッチプローブ８がワーク１９に接してワーク１９の表面形状に応じて軸方向の変動をすると，その軸方向の変動がスライダ２１に伝達してスライダ２１の軸方向の移動となり，スライダ２１の軸方向の移動が連結ロッド３５を介して変位センサ９に伝達されることになる。
【００２８】
この多機能機内測定装置において，高さ調整用ユニット２８は，高さガイドステージにおいてユニットベース２０に固定されたプレート４４に取り付けられた固定部材４３と，固定部材４３に対して高さ調整用ツマミ４８で高さ方向に移動するスライド部材４２とから成る。高さ調整用ツマミ４８で高さ方向を調整し，次いで固定ねじ３１でスライド部材４０を固定する。高さ調整用ツマミ４８は，マイクロ式であって，例えば，ツマミ４８を下方へ調整した時にはスライド部材４２が下方へ動き，ツマミ４８を上方へ調整した時にはスライド部材４２が上方へ動くようにセットされている。ツマミ４８とスライド部材４２とは，接触しているだけであり，互いに固定されていない構造である。スライド部材４２は，スライド部材４２と固定部材４３との間にばね６３が組み込んであり，固定ねじ３１による固定を解放すれば，ばね６３のばね力で元の位置に戻るように構成されている。また，傾斜調整用ユニット２７は，高さ調整用ユニット２８のスライド部材４２に固定された固定部材４１と，エア静圧スライドユニット２２に取り付けられたスライド部材４０とから成り，固定部材４１の凹面４６に対してスライド部材４０の凸面４７を傾斜調整用ツマミ４９で摺動させて位置設定してエア静圧スライドユニット２２の傾斜状態を設定し，固定ねじ３３で固定する。スライド部材４０は，固定ねじ３３による固定を解放すれば，ばね力で元の位置に戻るように構成されている。傾斜調整用ツマミ４９の作動は，傾斜状態を調整するという以外は，高さ調整用ツマミ４８と同様である。スライド部材４０の動きは，傾斜状態を調整するという以外は，スライド部材４２の動きと同様である。
【００２９】
この多機能機内測定装置は，タッチセンサで加工されたワーク１９の外径，内径，段差等の外形の形状寸法を測定する時には，エア静圧スライドユニット２２におけるスライダ２１をスライダ固定用プレート３０をエア静圧スライドユニット２２にねじ等で取り付け，スライダ固定用プレート３０によってスライダ２１をスライダベース４５に固定し，タッチプローブ８をタッチセンサとして機能させ，通常測定方法で加工されたワーク１９の上記各種の形状寸法を測定する。ワーク１９の形状寸法の測定では，ワーク１９の外形形状にタッチプローブ８を接触させてタッチセンサとして機能して得た情報を，コンピュータで処理してワーク１９の外形等の形状寸法を測定する。
【００３０】
加工されたワーク１９の球面形状，非球面形状等の表面形状を測定する時には，エア静圧スライドユニットの固定を解放するため，スライダ固定用プレート３０をエア静圧スライドユニット２２におけるスライダ２１から解放し，スライダ２１をスライダベース４５に対してフリー即ち摺動状態にし，タッチセンサにおけるタッチプローブ８を変位センサ９の触手にし，タッチプローブ８の僅かな前後方向の位置変動をエア静圧スライドユニット２２におけるスライダ２１，及び連結ロッド３５を介して変位センサ９に伝達し，変位センサ９の前後方向の変動でワーク１９の表面形状をトレースして測定する。即ち，加工されたワーク１９の表面形状を測定する時には，エア静圧スライドユニット２２を自在にし，タッチプローブ８はワーク１９の表面をなぞってトレース測定を行い，そのデータ即ち情報をコンピュータで解析し，段差や凹凸形状を表記する。次いで，一度加工したプログラムとその誤差分を加味した補正プログラムを作成し，ワーク１９の表面を加工してワーク１９の加工表面の形状誤差を修正する。従来の加工方法では，ワーク１９の曲面加工をすると，ワーク形状は，タッチセンサでコーナＲの絶対値のみを測定し，加工面のトレースは機外で測定していたので，再度，ワーク１９を機内に取り付けなければならず，そのための時間を要したり，誤差が生じていた。しかしながら，この多機能機内測定装置は，変位センサ９によるトレースは，球面等の加工面の表面状態が分かり易く，加工にフィードバックし，精度のある加工を継続して行うことができ，再チャックのために発生するような加工ワークの中心のずれ，又は段取り時間が発生することがない。
【００３１】
次に，図８を参照して，この発明による加工機における多機能機内測定装置の別の実施例を説明する。この実施例は，加工機として旋盤に適用したものであり，刃物台ユニット６５として機能するＸ軸スライド２には，機内計測ユニット６に隣接して，少なくとも１つ（図８では２つ）のホルダベース６６が取り付けられ，ホルダベース６６には各種（図８では２種類）のバイトＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が取り付けられるバイトホルダ６７が固定されているものである。この実施例における機内計測ユニット６は，上記実施例の場合と同様の機能をはたすことができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この加工機における多機能機内測定装置は，例えば，ワークをバイト，砥石等の工具で切削加工する旋盤，研削盤，ＮＣ工作機械等の加工機に適用して１つの計測ユニットでワークの外径，内径等の形状寸法，球面形状，非球面形状等の表面形状の測定に適用して好ましいものである。
【符号の説明】
【００３３】
２ Ｘ軸スライド
４ Ｙ軸ユニット
５ 水平軸ユニット
６ 機内計測ユニット
７ タッチセンサ本体
８ タッチプローブ
９ 変位センサ
１０ 主軸
１１ 主軸台
１２ チャック
１３ 研削スピンドル
１５，１６ ホルダベース
１７ そろばん型砥石
１８ 円筒型砥石
１９ ワーク
２０ ユニットベース
２１ スライダ
２２ エア静圧スライドユニット
２３ 触圧調整用スプリング
２５，２６ 工具ホルダ部
２７ 傾斜調整用ユニット
２８ 高さ調整用ユニット
３０ スライダ固定用プレート
３２ 軸付き砥石
３４ ジョイント
３５ 連結ロッド
４５ スライダベース
５２，５３ 中央空所
６５ 刃物台ユニット
６６ ホルダベース
６７ バイトホルダ
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ バイト
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，ワークを把持した主軸に対して移動するＸ軸スライドに少なくとも機内計測ユニットを配設した加工機において，１つの機内計測ユニットによってワークの外径，内径，段差等の形状寸法を測定すると共に，端面等の表面における球面形状，非球面形状等の表面形状をトレースして，それらの形状誤差等を測定することができる加工機における多機能機内測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，旋盤，研削盤，ＮＣ工作機械等の加工機において，被加工物を所定の図面形状に加工し，被加工物を一旦加工機から取り外し，機外の測定器によって各々の加工状態を測定し，確認するのが一般的である。また，加工機内で被加工物をアンチャック無しに測定し，目的の形状に達していなければ，被加工物に対して補正加工を再度行うような加工機も知られているが，その機内測定方法は，タッチセンサタイプと変位計タイプに分かれており，タッチセンサでは，主に，加工されたワークの径，長さ，段差等の形状寸法を計測し，また，変位計タイプでは，加工されたワークの端面等の表面をトレースして球面形状，非球面形状等の表面形状，或いはそれらの形状誤差を計測するものである。
【０００３】
従来，加工されたワークの自由曲面形状を測定する自由曲面形状測定方法が知られている。該自由曲面形状測定方法は，ワークスピンドルと工具スピンドルを有する直交３軸加工機に変位測定器を取り付け，ワークの測定点と測定点から変位測定器のプローブ中心軸線へ垂直に下ろした線との交点を結ぶベクトルと，測定点における自由曲面の法線ベクトルとがなす角度が一定になるように，直交３軸加工機の３軸制御を行ってワークの自由曲面の形状測定加工を行うものである（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，金型等の球面，非球面，自由曲面を加工する加工装置において，被加工物に固定したまま加工面を接触式計測器により計測する自由曲面加工装置が知られている。該自由曲面加工装置は，加工時に接触式計測器を工具と離隔し，測定時にプローブの飛び出し方向線が回転軸線と交差させ，プローブの飛び出し量が一定となるようにＺ軸，Ｘ軸方向に走査し，被加工物の加工面の形状をＺ，Ｘ軸データとして測定し，保存する。回転軸を含む所定の測定範囲まで測定した後，被加工物を１８０°回転させ，再度測定し，Ｚ，Ｘ軸データとして保存し，加工面形状を算出するものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
また，旋盤の機内計測器の校正装置として，加工済みワークの外径等を主軸に装着したままで計測し，測定値補正量の設定値を校正するものが知られている。該機内計測器の校正装置は，主軸に保持されたワークの寸法を計測する機内計測器と，ガントリローダとを備えた自動運転ＮＣ旋盤において，マスタワークの常置部と，自動運転中の所定時に常置部のマスタワークを主軸にガントリローダで装着させる校正用ローダ指令手段と，この装着されたマスタワークを機内計測器で計測させて機内計測器の計測補正量の設定値を更新する校正実行手段とを備えたものである（例えば，特許文献３参照）。
【０００６】
ところで，本出願人は，ＮＣ工作機械について，ワークを再チャッキングすることなく，ワークに対する各種の研削，切削加工を，工具の姿勢を変更したり，別の工具に交換して一連の加工を並行して高精度に迅速に達成するものを開発し，それを先に特許出願をした。該ＮＣ工作機械は，主軸台に回転可能に配置され且つワークを把持するチャックを取り付ける主軸，及び主軸が移動するＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライドを備えており，軸付き砥石が装着された水平軸ユニットと垂直軸状態又は斜軸状態に変更可能な工具ユニットが装着されたＹ軸ユニットとがＸ軸スライドに載置されている。工具ユニットが垂直軸状態の場合には，Ｙ軸ユニットのホルダベースをＸ軸方向に平行に設定し，斜軸状態の場合には，ホルダベースをＸ軸方向に直交して設定するものである。更に，上記ＮＣ工作機械は，Ｙ軸ユニットがＸ軸スライドに固定されたベースプレートに旋回可能に取り付けられた旋回プレートに取り付けられ，旋回プレートをベースプレート上で９０°回転させることによってホルダベースの位置が変更され，ベースプレートには，旋回プレートの旋回をガイドするアジャストプレートが設けられている。また，上記ＮＣ工作機械は，工具ユニットをＹ軸ユニットに斜軸状態に装着する場合には，工具ユニットをホルダベース上で予め決められた所定量を下降させ，次いで，予め決められた所定量を傾斜させて工具ユニットをＹ軸ユニットに固定して設定できるものである（例えば，特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−４３７７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１０３６６７号公報
【特許文献３】特開平５−２０８３４４号公報
【特許文献４】特開平２００７−２５３３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，上記した本出願人に係るＮＣ工作機械を開示した特許文献４では，各種の研削，切削加工を行ったワークに対して，機内測定装置によってワークの外形等の各種寸法の測定や，ワークの形状誤差等の表面形状の測定については開示されていなかった。また，従来の機内測定装置では，センサのタイプにより使用方法が異なっており，１つの計測ユニットでは，ワークに対する各種の外形や表面形状の全てについて機内測定ができないという問題があり，また，別の計測ユニットをＮＣ工作機械等の加工機に装着すると，機内の加工のための有効スペースが狭くなり，従来の機内では余分なスペースが無く，計測ユニットの設置場所の制約が大きく，現実的には複数の計測ユニットを設置することができない現状である。また，ＮＣ工作機械等の加工機では，幾ら精度の良い超精密加工機でも，ワークを加工する際の刃具の摩耗が起き得る現象であり，この刃具の摩耗に伴うワークに対する加工について，ワークの加工に外形寸法や表面形状の誤差が発生するものであり，そのため信頼性のある高精度のワーク加工ができず，問題であった。
【０００９】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，例えば，本出願人が開発した特開平２００７−２５３３０６号公報で開示したＮＣ工作機械等の加工機において，各種の加工を行ったワークに対して，１つの機内計測ユニットによってワークの直径，段差等の形状寸法の測定や，ワークの球面形状，非球面形状，それらの形状誤差等の表面形状の測定を可能にしたものであって，機内計測ユニットをワークの外径，内径，テーパ，段差等の外形等の形状寸法を計測するタッチセンサとして使用する時は，スライダ固定用治具によってエア静圧スライドユニットにおけるスライダベースにスライダを固定し，内蔵されたタッチセンサによって非加工ワークの接触時の座標を基準にして計測を行い，また，ワークの球面形状，非球面形状，又はその他の種々の表面形状をトレースしてワークの形状や誤差を計測する変位センサとして使用する時は，エア静圧スライドユニットのスライダを固定せず，ワークに接するタッチプローブを通じて前後の動きを読み取って計測することを可能にし，１本の機内計測ユニットでワークの各種の測定を機内測定で高精度に実現し，装置そのものをコンパクトに構成し，ワークの測定時間を短縮し，ワーク加工の生産性をアップすることを特徴とする加工機における多機能機内測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，主軸台に回転可能に設けられ且つワークを回転可能に支持する主軸，及び前記主軸の軸心であるＺ軸方向に直交するＸ軸方向に少なくとも移動可能なＸ軸スライドを備えている加工機において，
前記Ｘ軸スライドには，少なくとも機内計測ユニットが配設されており，
前記機内計測ユニットは，前記Ｘ軸スライドに固定されたユニットベース，前記ユニットベースに取り付けられたスライダベースと前記スライダベースに対して摺動可能なスライダから構成されたエア静圧スライドユニット，前記スライダに固定されたタッチセンサ本体に取り付けられ且つ前記主軸側に延びて前記ワークに接触可能なタッチプローブ，前記スライダに連結された変位センサ，及び前記スライダと前記スライダベースとを固定又は解放するスライダ固定手段を備えており， 前記スライダ固定手段で前記スライダを前記スライダベースに固定した状態で前記タッチプローブが前記ワークに接して前記ワークの外形寸法等の形状寸法を計測するタッチセンサが構成され，前記スライダ固定手段で前記スライダを前記スライダベースから解放して前記スライダを摺動状態にし，前記タッチプローブが前記ワークの端面等の表面形状をトレースして計測する前記タッチプローブの軸方向変動が前記スライダを介して伝達されて前記変位センサが構成されることを特徴とする加工機における多機能機内測定装置に関する。
【００１１】
この多機能機内測定装置において，前記タッチセンサによって計測される前記ワークの測定対象は，前記ワークの外径，内径，段差，又はコーナＲの絶対値の前記形状寸法であり，また，前記変位センサによって計測される前記ワークの測定対象は，前記ワークの球面形状，非球面形状，形状誤差，或いは段差，テーパ，球面等で構成される連続した形状を伴う端面等の前記表面形状である。
【００１２】
また，この多機能機内測定装置では，前記スライダと前記変位センサとは，前記スライダに固定された連結ロッド，及び前記連結ロッドと前記変位センサとを連結するジョイントによって連結されている。
【００１３】
また，この多機能機内測定装置は，前記エア静圧スライドユニットの前記スライダベースと前記ユニットベースとの連結途中には，前記ユニットベースに対して前記エア静圧スライドユニットの傾斜を調整する傾斜調整用ユニットと，前記ユニットベースに対して前記エア静圧スライドユニットの高さを調整する高さ調整用ユニットとが設けられているものである。
【００１４】
また，この多機能機内測定装置において，前記スライダに固定された前記連結ロッドは，前記傾斜調整用ユニットと前記高さ調整用ユニットとに形成された中央空所を貫通して前記変位センサへと延びている。また，前記スライダ固定手段は，前記スライダを前記スライダベースに固定するスライダ固定用プレートで構成されている。更に，前記タッチプローブの前記ワークに対する押圧力は，前記エア静圧スライドユニットに設けられた触圧調整スプリングによって調整されるものである。
【００１５】
この加工機における多機能機内測定装置は，前記Ｘ軸スライドには，第１研削スピンドルで駆動され且つ第１砥石が取り付けられる水平軸ユニット，及び第２研削スピンドルで駆動され且つ第２砥石が取り付けられるＹ軸ユニットがそれぞれ載置されており，前記Ｙ軸ユニットに設けたホルダベースには垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに変更可能な工具ホルダ部が装着されているものである。更に，前記機内計測ユニットは，前記水平軸ユニットと前記Ｙ軸ユニットとの間の位置において前記Ｘ軸スライドに配設されている。
【００１６】
又は，この加工機における多機能機内測定装置は，前記Ｘ軸スライドには，前記機内計測ユニットに隣接して少なくとも１つのホルダベースが取り付けられ，前記ホルダベースには各種のバイトが取り付けられるバイトホルダが固定されているものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明による加工機における多機能機内測定装置は，上記のように構成されているので，刃具の摩耗に伴うワークに対する加工について，寸法や形状誤差が発生することを含めて，加工されたワークに対して発生した寸法誤差や形状誤差の全ての測定を１本の機内計測ユニットで測定可能にし，主軸からワークを取り外すことなくワークに対して補正加工を行うことを可能にし，しかもワークに対する各種の誤差を高精度に容易に計測でき，例えば，光学金型等については，外径，内径，端面等の一般加工と，レンズ部の球面加工や非球面加工等を同時加工することを実現し，レンズ等のワークの加工後に，アンチャック無しで，全ての計測を機内で可能にするという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明による多機能機内測定装置を搭載したＮＣ工作機械を示す平面図である。
【図２】図１のＮＣ工作機械におけるＹ軸ユニットを傾斜させた状態を示す平面図である。
【図３】図１のＮＣ工作機械における多機能機内測定装置を示す側面図である。
【図４】図３の多機能機内測定装置を示す拡大側面図である。
【図５】図３の多機能機内測定装置を示す平面図である。
【図６】図５の多機能機内測定装置の一部破断の拡大平面図である。
【図７】図３の多機能機内測定装置を示す背面図である。
【図８】この発明による多機能機内測定装置を搭載した旋盤等の加工機を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下，図面を参照して，この発明による多機能機内測定装置を搭載した加工機の中でもＮＣ工作機械の例を説明する。この多機能機内測定装置は，種々のタイプの加工機に適用できる。このＮＣ工作機械は，例えば，ベッド１上にＺ軸方向に往復移動可能に配設されたＺ軸スライド３，Ｚ軸スライド３に設置された主軸１０を回転自在に支持する主軸台１１，及びＺ軸テーブル３に対してベッド１上で独立して設けられ且つＺ軸スライド３が往復移動するＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライド２を有する。Ｚ軸スライド３は，ベッド１上でサーボモータ等のモータ（図示せず）でＺ軸方向に往復移動するように構成されている。また，主軸台１１に回転自在に支持された主軸１０は，例えば，スピンドルモータによって回転駆動される。主軸１０の先端には，ワーク１９を把持するチャック１２が設けられている。ワーク１９は，チャック１２に把持されて主軸１０の回転駆動によって回転させられる。また，Ｘ軸スライド２は，Ｚ軸テーブル３のＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能であり，主軸１０のチャック１２に取り付けられたワーク１９と対向するようにベッド１上に配置されている。Ｘ軸スライド２は，刃物台ユニットを構成し，ベッド１上でサーボモータ等のモータ（図示せず）でＸ軸方向に往復移動するように構成されている。
【００２０】
このＮＣ工作機械は，Ｘ軸スライド２には，水平軸ユニット５と水平軸ユニット５に隔置して位置したＹ軸ユニット４との２種類の刃物台，及び該刃物台に隣接，図１では中間位置に，本願発明の特徴である多機能機内測定装置を構成する機内計測ユニット７が配設されている。このＮＣ工作機械において，水平軸ユニット５とＹ軸ユニット４には，研削スピンドル１３が組み込まれ，ワーク１９を研削加工する砥石等の工具の回転駆動を行うように構成されている。
【００２１】
水平軸ユニット５は，Ｘ軸スライド２に固定されたベース２４に対して水平方向を変更できるホルダ６４を備えており，ホルダ６４には取付け角度を変更可能に取り付けられる工具ホルダ部２５が取り付けられ，ベース２４上でホルダ６４を回転移動させてホルダ６４をベース２４に固定することによって工具ホルダ部２５の水平方向の向きを変更できる。ホルダ６４には，軸付き砥石３２等の工具を取り付けるための工具ホルダ部２５が一体構造に設けられている。また，Ｙ軸ユニット４に設けたホルダベース１５，１６には，垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに姿勢変更可能な工具ホルダ部２６が装着されている。Ｙ軸ユニット４に工具ホルダ部２６を斜軸の姿勢に装着した場合に，工具ホルダ部２６に装着されたコレット工具１４（図２）に軸付き砥石３２として円筒型砥石１８をセットすると，小径のワーク１９を加工するのに適している。工具ホルダ部２６は，Ｙ軸ユニット４に対して，ホルダベース１５，１６を介して２種類の状態即ち姿勢に取り付けることができる。このＮＣ工作機械では，Ｙ軸ユニット４に工具ホルダ部２６を垂直軸状態の姿勢に装着する場合には，Ｙ軸ユニット４のホルダベース１５，１６がＸ軸方向に平行になるようにＸ軸スライド２に設定する。また，Ｙ軸ユニット４に工具ホルダ部２６を斜軸状態の姿勢に装着する場合には，Ｙ軸ユニット４のホルダベース１５，１６をＸ軸方向に直交してＸ軸スライド２に設定するものである。
【００２２】
この発明による加工機における多機能機内測定装置は，上記のＮＣ工作機械に設けられたものである。このＮＣ工作機械は，Ｘ軸スライド２には，研削スピンドル１３で駆動され且つワーク１９を加工する軸付き砥石３２が取り付けられた水平軸ユニット５，研削スピンドル１３で駆動され且つワーク１９を加工するそろばん型砥石１７又は円筒形砥石１８が取り付けられた垂直軸ユニットであるＹ軸ユニット４，及び水平軸ユニット５とＹ軸ユニット４との間に配置された多機能機内測定装置を構成する機内計測ユニット６がそれぞれ載置即ち配設されている。また，Ｙ軸ユニット４は，それに設けたホルダベース１５，１６には垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに変更可能な工具ホルダ部２６が装着されている。
【００２３】
機内計測ユニット６は，Ｘ軸スライド２にユニットベース２０を介して取り付けられている。機内計測ユニット６は，Ｘ軸スライド２に固定されたユニットベース２０に取り付けられたスライダベース４５と該スライダベース４５上を摺動可能なスライダ２１から構成されたエア静圧スライドユニット２２，スライダ２１に押え治具３６，３７で固定されたタッチセンサ本体７に取り付けられ且つ主軸１０側に延びてワーク１９に接触可能なタッチプローブ８，スライダ２１に連結された変位センサ９，及びスライダ２１とスライダベース４５とを固定又は解放するスライダ固定用プレート３０等のスライダ固定手段を備えている。機内計測ユニット６は，各種の研削加工を行ったワーク１９に対して，ワーク１９の外径，内径，段差等の外形等の形状寸法の測定，及びワーク１９の球面形状，非球面形状等の表面形状をトレースして計測し，それらの形状誤差等を測定することができるものである。この多機能機内測定装置は，スライダ固定用プレート３０によってスライダ２１をスライダベース４５に固定した状態で，タッチプローブ８がワーク１９の外形等の形状寸法を計測するタッチセンサを構成し，また，スライダ固定用プレート３０によってスライダ２１をスライダベース４５から解放した摺動状態で，タッチプローブ８がワーク１９の端面等の表面形状をトレースして計測し，タッチプローブ８の軸方向変動がスライダ２１を介して変位センサ９に伝達され，変動した変位センサ９によってワーク１９の表面形状が測定される。即ち，この多機能機内測定装置は，ワーク１９に対して異なった２種類，即ち，形状寸法と表面形状の測定を可能にしたものである。この多機能機内測定装置において，エア静圧スライドユニット２２は，エア静圧スライドユニット２２と傾斜調整用ユニット２７のスライド部材４０とに固定した一対の補強プレート５５で補強して剛性がアップされている。
【００２４】
機内計測ユニット６におけるエア静圧スライドユニット２２の上部には，タッチプローブ８のワーク１９に対する触圧調整のため，一対のスプリング２３が設けられている。スプリング２３は，タッチプローブ８のワーク１９に対する押圧力である触圧を調整する機能を有している。触圧調整機構では，スライダ２１の前後には端板６０が固定されており，両端板６０にはスプリング２３の一端を掛けるスプリング掛け棒５８が取り付けられている。また，スライダ２１の上面には調整プレート５７が摺動可能に取り付けられている。調整プレート５７には，スプリング２３の他端を掛けるスプリング掛け棒５９が取り付けられている。図５に示すように，機内計測ユニット６では，調整プレート５７に設けた調整孔である長孔６１には固定ねじ６２が挿通され，それによって調整プレート５７はスライダ２１の調整された所定の位置で固定ねじ６２によって固定される。
【００２５】
スライダ２１は，前後に僅かに，例えば，±１ｍｍ程度，調整移動させることができる。ダイヤルゲージをスライダ２１の前面に当て，ストローク中心に合せ，スプリング２３をスプリング掛け棒５８，５９に掛け，調整プレート５７でストローク中心に調整する。また，タッチプローブ８は，突き出し長さが短い時にはエクステンションバー（図示せず）を使用することもできる。エア静圧スライドユニット２２は，その下面がセットねじ又はボールプランジャ等の支持部材５６によってユニットベース２０上に載置状態に支持され，安定性が確保されている。
【００２６】
機内計測ユニット６は，プレートから構成できるスライダ固定手段によってスライダ２１をスライダベース４５に固定してタッチセンサ本体７に内蔵されたタッチセンサを付勢してワーク１９の外径，内径，段差等等のワークの寸法を計測し，また，スライダ固定手段によってスライダ２１をスライダベース４５から解放してタッチプローブ８の変動を変位センサ９に伝達して変位センサ９を付勢し，ワーク１９の球面形状，非球面形状等の表面形状をトレースして，これらの形状誤差等の計測するものである。この多機能機内測定装置は，内蔵されたタッチセンサによって非加工ワーク１９の接触時の座標を用いて計測を行い，ワーク１９の球面形状，非球面形状等の端面等の表面形状を計測するトレースする時は，エア静圧スライドユニット２２におけるスライダ２１をスライダベース４５に固定せずに解放して，ワーク１９に接するタッチプローブ８を通じて前後の動きを読み取る変位センサ９として機能させ，ワーク形状をトレースして計測するものである。変位センサ９は，ケース５４内を貫通してセットされ，例えば，分解能が０．０１μｍの精度のものが使用されている。
【００２７】
また，この多機能機内測定装置において，スライダ２１と変位センサ９とは，スライダ２１に固定された連結ロッド３５，及び連結ロッド３５と変位センサ９とを連結するジョイント３４によって連結されている。また，この多機能機内測定装置において，エア静圧スライドユニット２２は，高さ調整用ユニット２８と傾斜調整用ユニット２７とを介してユニットベース２０に取り付けられている。また，タッチプローブ８のワーク１９に対する高低状態を高さ調整用ユニット２８で調整し，また，傾斜状態を傾斜調整用ユニット２７で調整する。従って，エア静圧スライドユニット２２は，高さ調整用ユニット２８によってユニットベース２０に対して高さが調節され，また，傾斜調整用ユニット２７によってユニットベース２０に対して傾斜が調節されるように構成されている。また，タッチセンサ本体７を固定したスライダ２１には，高さ調整用ユニット２８の中央孔等の中央空所５２と傾斜調整用ユニット２７の中央孔等の中央空所５３とを貫通する連結ロッド３５が固定されている。連結ロッド３５と変位センサ９とはジョイント３４で連結されている。それ故に，スライダ２１と変位センサ９とは，連結ロッド３５とジョイント３４とを介して連結されている。従って，タッチプローブ８がワーク１９に接してワーク１９の表面形状に応じて軸方向の変動をすると，その軸方向の変動がスライダ２１に伝達してスライダ２１の軸方向の移動となり，スライダ２１の軸方向の移動が連結ロッド３５を介して変位センサ９に伝達されることになる。
【００２８】
この多機能機内測定装置において，高さ調整用ユニット２８は，高さガイドステージにおいてユニットベース２０に固定されたプレート４４に取り付けられた固定部材４３と，固定部材４３に対して高さ調整用ツマミ４８で高さ方向に移動するスライド部材４２とから成る。高さ調整用ツマミ４８で高さ方向を調整し，次いで固定ねじ３１でスライド部材４０を固定する。高さ調整用ツマミ４８は，マイクロ式であって，例えば，ツマミ４８を下方へ調整した時にはスライド部材４２が下方へ動き，ツマミ４８を上方へ調整した時にはスライド部材４２が上方へ動くようにセットされている。ツマミ４８とスライド部材４２とは，接触しているだけであり，互いに固定されていない構造である。スライド部材４２は，スライド部材４２と固定部材４３との間にばね６３が組み込んであり，固定ねじ３１による固定を解放すれば，ばね６３のばね力で元の位置に戻るように構成されている。また，傾斜調整用ユニット２７は，高さ調整用ユニット２８のスライド部材４２に固定された固定部材４１と，エア静圧スライドユニット２２に取り付けられたスライド部材４０とから成り，固定部材４１の凹面４６に対してスライド部材４０の凸面４７を傾斜調整用ツマミ４９で摺動させて位置設定してエア静圧スライドユニット２２の傾斜状態を設定し，固定ねじ３３で固定する。スライド部材４０は，固定ねじ３３による固定を解放すれば，ばね力で元の位置に戻るように構成されている。傾斜調整用ツマミ４９の作動は，傾斜状態を調整するという以外は，高さ調整用ツマミ４８と同様である。スライド部材４０の動きは，傾斜状態を調整するという以外は，スライド部材４２の動きと同様である。
【００２９】
この多機能機内測定装置は，タッチセンサで加工されたワーク１９の外径，内径，段差等の外形の形状寸法を測定する時には，エア静圧スライドユニット２２におけるスライダ２１をスライダ固定用プレート３０をエア静圧スライドユニット２２にねじ等で取り付け，スライダ固定用プレート３０によってスライダ２１をスライダベース４５に固定し，タッチプローブ８をタッチセンサとして機能させ，通常測定方法で加工されたワーク１９の上記各種の形状寸法を測定する。ワーク１９の形状寸法の測定では，ワーク１９の外形形状にタッチプローブ８を接触させてタッチセンサとして機能して得た情報を，コンピュータで処理してワーク１９の外形等の形状寸法を測定する。
【００３０】
加工されたワーク１９の球面形状，非球面形状等の表面形状を測定する時には，エア静圧スライドユニットの固定を解放するため，スライダ固定用プレート３０をエア静圧スライドユニット２２におけるスライダ２１から解放し，スライダ２１をスライダベース４５に対してフリー即ち摺動状態にし，タッチセンサにおけるタッチプローブ８を変位センサ９の触手にし，タッチプローブ８の僅かな前後方向の位置変動をエア静圧スライドユニット２２におけるスライダ２１，及び連結ロッド３５を介して変位センサ９に伝達し，変位センサ９の前後方向の変動でワーク１９の表面形状をトレースして測定する。即ち，加工されたワーク１９の表面形状を測定する時には，エア静圧スライドユニット２２を自在にし，タッチプローブ８はワーク１９の表面をなぞってトレース測定を行い，そのデータ即ち情報をコンピュータで解析し，段差や凹凸形状を表記する。次いで，一度加工したプログラムとその誤差分を加味した補正プログラムを作成し，ワーク１９の表面を加工してワーク１９の加工表面の形状誤差を修正する。従来の加工方法では，ワーク１９の曲面加工をすると，ワーク形状は，タッチセンサでコーナＲの絶対値のみを測定し，加工面のトレースは機外で測定していたので，再度，ワーク１９を機内に取り付けなければならず，そのための時間を要したり，誤差が生じていた。しかしながら，この多機能機内測定装置は，変位センサ９によるトレースは，球面等の加工面の表面状態が分かり易く，加工にフィードバックし，精度のある加工を継続して行うことができ，再チャックのために発生するような加工ワークの中心のずれ，又は段取り時間が発生することがない。
【００３１】
次に，図８を参照して，この発明による加工機における多機能機内測定装置の別の実施例を説明する。この実施例は，加工機として旋盤に適用したものであり，刃物台ユニット６５として機能するＸ軸スライド２には，機内計測ユニット６に隣接して，少なくとも１つ（図８では２つ）のホルダベース６６が取り付けられ，ホルダベース６６には各種（図８では２種類）のバイトＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が取り付けられるバイトホルダ６７が固定されているものである。この実施例における機内計測ユニット６は，上記実施例の場合と同様の機能をはたすことができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この加工機における多機能機内測定装置は，例えば，ワークをバイト，砥石等の工具で切削加工する旋盤，研削盤，ＮＣ工作機械等の加工機に適用して１つの計測ユニットでワークの外径，内径等の形状寸法，球面形状，非球面形状等の表面形状の測定に適用して好ましいものである。
【符号の説明】
【００３３】
２ Ｘ軸スライド
４ Ｙ軸ユニット
５ 水平軸ユニット
６ 機内計測ユニット
７ タッチセンサ本体
８ タッチプローブ
９ 変位センサ
１０ 主軸
１１ 主軸台
１２ チャック
１３ 研削スピンドル
１５，１６ ホルダベース
１７ そろばん型砥石
１８ 円筒型砥石
１９ ワーク
２０ ユニットベース
２１ スライダ
２２ エア静圧スライドユニット
２３ 触圧調整用スプリング
２５，２６ 工具ホルダ部
２７ 傾斜調整用ユニット
２８ 高さ調整用ユニット
３０ スライダ固定用プレート
３２ 軸付き砥石
３４ ジョイント
３５ 連結ロッド
４５ スライダベース
５２，５３ 中央空所
６５ 刃物台ユニット
６６ ホルダベース
６７ バイトホルダ
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ バイト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸台に回転可能に設けられ且つワークを回転可能に支持する主軸，及び前記主軸の軸心であるＺ軸方向に直交するＸ軸方向に少なくとも移動可能なＸ軸スライドを備えている加工機において，
前記Ｘ軸スライドには，少なくとも機内計測ユニットが配設されており，
前記機内計測ユニットは，前記Ｘ軸スライドに固定されたユニットベース，前記ユニットベースに取り付けられたスライダベースと前記スライダベースに対して摺動可能なスライダから構成されたエア静圧スライドユニット，前記スライダに固定されたタッチセンサ本体に取り付けられ且つ前記主軸側に延びて前記ワークに接触可能なタッチプローブ，前記スライダに連結された変位センサ，及び前記スライダと前記スライダベースとを固定又は解放するスライダ固定手段を備えており， 前記スライダ固定手段で前記スライダを前記スライダベースに固定した状態で前記タッチプローブが前記ワークに接して前記ワークの外形寸法等の形状寸法を計測するタッチセンサが構成され，前記スライダ固定手段で前記スライダを前記スライダベースから解放して前記スライダを摺動状態にし，前記タッチプローブが前記ワークの端面等の表面形状をトレースして計測する前記タッチプローブの軸方向変動が前記スライダを介して伝達されて前記変位センサが構成されることを特徴とする加工機における多機能機内測定装置。
【請求項２】
前記タッチセンサによって計測される前記ワークの測定対象は，前記ワークの外径，内径，段差，又はコーナＲの絶対値の前記形状寸法であり，また，前記変位センサによって計測される前記ワークの測定対象は，前記ワークの球面形状，非球面形状，形状誤差，或いは段差，テーパ，球面等で構成される連続した形状を伴う端面等の前記表面形状であることを特徴とする請求項１に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項３】
前記スライダと前記変位センサとは，前記スライダに固定された連結ロッド，及び前記連結ロッドと前記変位センサとを連結するジョイントによって連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項４】
前記エア静圧スライドユニットの前記スライダベースと前記ユニットベースとの連結途中には，前記ユニットベースに対して前記エア静圧スライドユニットの傾斜を調整する傾斜調整用ユニットと，前記ユニットベースに対して前記エア静圧スライドユニットの高さを調整する高さ調整用ユニットとが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項５】
前記スライダに固定された前記連結ロッドは，前記傾斜調整用ユニットと前記高さ調整用ユニットとに形成された中央空所を貫通して前記変位センサへと延びていることを特徴とする請求項４に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項６】
前記スライダ固定手段は，前記スライダを前記スライダベースに固定するスライダ固定用プレートで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項７】
前記タッチプローブの前記ワークに対する押圧力は，前記エア静圧スライドユニットに設けられた触圧調整スプリングによって調整されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項８】
前記Ｘ軸スライドには，第１研削スピンドルで駆動され且つ第１砥石が取り付けられる水平軸ユニット，及び第２研削スピンドルで駆動され且つ第２砥石が取り付けられるＹ軸ユニットがそれぞれ載置されており，前記Ｙ軸ユニットに設けたホルダベースには垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに変更可能な工具ホルダ部が装着されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項９】
前記機内計測ユニットは，前記水平軸ユニットと前記Ｙ軸ユニットとの間の位置において前記Ｘ軸スライドに配設されていることを特徴とする請求項８に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項１０】
前記Ｘ軸スライドには，前記機内計測ユニットに隣接して少なくとも１つのホルダベースが取り付けられ，前記ホルダベースには各種のバイトが取り付けられるバイトホルダが固定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項１】
主軸台に回転可能に設けられ且つワークを回転可能に支持する主軸，及び前記主軸の軸心であるＺ軸方向に直交するＸ軸方向に少なくとも移動可能なＸ軸スライドを備えている加工機において，
前記Ｘ軸スライドには，少なくとも機内計測ユニットが配設されており，
前記機内計測ユニットは，前記Ｘ軸スライドに固定されたユニットベース，前記ユニットベースに取り付けられたスライダベースと前記スライダベースに対して摺動可能なスライダから構成されたエア静圧スライドユニット，前記スライダに固定されたタッチセンサ本体に取り付けられ且つ前記主軸側に延びて前記ワークに接触可能なタッチプローブ，前記スライダに連結された変位センサ，及び前記スライダと前記スライダベースとを固定又は解放するスライダ固定手段を備えており， 前記スライダ固定手段で前記スライダを前記スライダベースに固定した状態で前記タッチプローブが前記ワークに接して前記ワークの外形寸法等の形状寸法を計測するタッチセンサが構成され，前記スライダ固定手段で前記スライダを前記スライダベースから解放して前記スライダを摺動状態にし，前記タッチプローブが前記ワークの端面等の表面形状をトレースして計測する前記タッチプローブの軸方向変動が前記スライダを介して伝達されて前記変位センサが構成されることを特徴とする加工機における多機能機内測定装置。
【請求項２】
前記タッチセンサによって計測される前記ワークの測定対象は，前記ワークの外径，内径，段差，又はコーナＲの絶対値の前記形状寸法であり，また，前記変位センサによって計測される前記ワークの測定対象は，前記ワークの球面形状，非球面形状，形状誤差，或いは段差，テーパ，球面等で構成される連続した形状を伴う端面等の前記表面形状であることを特徴とする請求項１に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項３】
前記スライダと前記変位センサとは，前記スライダに固定された連結ロッド，及び前記連結ロッドと前記変位センサとを連結するジョイントによって連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項４】
前記エア静圧スライドユニットの前記スライダベースと前記ユニットベースとの連結途中には，前記ユニットベースに対して前記エア静圧スライドユニットの傾斜を調整する傾斜調整用ユニットと，前記ユニットベースに対して前記エア静圧スライドユニットの高さを調整する高さ調整用ユニットとが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項５】
前記スライダに固定された前記連結ロッドは，前記傾斜調整用ユニットと前記高さ調整用ユニットとに形成された中央空所を貫通して前記変位センサへと延びていることを特徴とする請求項４に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項６】
前記スライダ固定手段は，前記スライダを前記スライダベースに固定するスライダ固定用プレートで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項７】
前記タッチプローブの前記ワークに対する押圧力は，前記エア静圧スライドユニットに設けられた触圧調整スプリングによって調整されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項８】
前記Ｘ軸スライドには，第１研削スピンドルで駆動され且つ第１砥石が取り付けられる水平軸ユニット，及び第２研削スピンドルで駆動され且つ第２砥石が取り付けられるＹ軸ユニットがそれぞれ載置されており，前記Ｙ軸ユニットに設けたホルダベースには垂直軸状態又は斜軸状態のいずれかに変更可能な工具ホルダ部が装着されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項９】
前記機内計測ユニットは，前記水平軸ユニットと前記Ｙ軸ユニットとの間の位置において前記Ｘ軸スライドに配設されていることを特徴とする請求項８に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【請求項１０】
前記Ｘ軸スライドには，前記機内計測ユニットに隣接して少なくとも１つのホルダベースが取り付けられ，前記ホルダベースには各種のバイトが取り付けられるバイトホルダが固定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の加工機における多機能機内測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１３６３９０（Ｐ２０１１−１３６３９０Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９７３６５（Ｐ２００９−２９７３６５）
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００１９６７０５）西部電機株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００１９６７０５）西部電機株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
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