機上測定方法及び測定装置
【課題】ワークの加工面形状を工作機械上で高精度に測定し得る装置等を提供する。
【解決手段】基準ミラー２１をテーブル２上に配設し、ワークＷの加工面を測定する第１のレーザ変位計Ｌ１と基準ミラー２１の基準面を測定する第２のレーザ変位計Ｌ２とを工具保持台３に配設する。測定運動付与部２４によってテーブル２と工具保持台３とを正弦波軌跡で相対移動させ、この状態で測定される加工面変位データと基準面変位データとを基に、感度算出部２８によって第１のレーザ変位計Ｌ１の感度を算出する。ついで、実形状データ算出部２９により、算出された感度を基に、加工面変位データを補正し、補正後の加工面変位データと基準面変位データとの差分をとって、加工面の実形状データを算出する。
【解決手段】基準ミラー２１をテーブル２上に配設し、ワークＷの加工面を測定する第１のレーザ変位計Ｌ１と基準ミラー２１の基準面を測定する第２のレーザ変位計Ｌ２とを工具保持台３に配設する。測定運動付与部２４によってテーブル２と工具保持台３とを正弦波軌跡で相対移動させ、この状態で測定される加工面変位データと基準面変位データとを基に、感度算出部２８によって第１のレーザ変位計Ｌ１の感度を算出する。ついで、実形状データ算出部２９により、算出された感度を基に、加工面変位データを補正し、補正後の加工面変位データと基準面変位データとの差分をとって、加工面の実形状データを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械により加工したワークの加工面形状を、加工後、該ワークを工作機械に取付けたまま機上で測定する方法及び装置に関し、更に詳しくは、測定器として非接触式のレーザ変位計を用いた機上測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の測定対象面を非接触式のレーザ変位計を用いて測定する方法及び装置として、従来、特開２０００−２９８０１１号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
この測定装置は、２つのレーザ変位計を上下に相互に対向させて配設するとともに、この２つのレーザ変位計間に、測定対象物と基準ミラーとを配設した構成を備え、前記測定対象物はその測定対象面が上部レーザ変位計の測定領域に位置するように配設され、基準ミラーはその平滑な基準面が下部レーザ変位計の測定領域に位置するように配設される。
【０００４】
そして、この測定装置では、測定対象物と基準ミラーとを同時に所定の測定方向に移動させながら、対応するレーザ変位計で測定対象物の測定対象面の変位と基準ミラーの基準面の変位とをそれぞれ測定し、測定した測定対象面の変位データと基準面の変位データとの差分を算出して、算出された変位データをもって前記測定対象面に係る実際の形状データとしている。
【０００５】
レーザ変位計を用いて測定する場合、レーザ変位計と測定対象物とを適宜移動機構によって相対移動させる必要があるが、この移動機構には直線運動誤差（例えば、運動の真直度誤差やピッチング，ヨーイング，ローリングによる誤差）が内在されており、このため、単にレーザ変位計を用いて測定対象面の変位を測定したのでは、測定データに前記直線運動誤差が加算され、精度の良い測定を行うことができない。
【０００６】
そこで、上記従来の測定装置では、平滑な基準面と測定対象面とを同時に測定し、これらの変位データの差分値をもって、測定対象面に係る実際の形状データとしている。即ち、基準面の変位データは、移動機構の直線運動誤差を反映したものとなるが、直線運動誤差が加算された測定対象面の変位データから、直線運動誤差が反映された基準面の変位データを差し引くことで、測定対象面の純粋な変位データ（即ち、形状データ）を得ることができるのである。
【０００７】
このように、上記従来の測定方法及び装置によれば、直線運動誤差を取り除いた正確な形状データを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９８０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、工作機械を用いた切削加工の分野では、近年、加工後のワークの加工面形状を機上で測定して目標形状との誤差を同定し、同定後直ちにその誤差を修正する、所謂修正加工に関する研究が行われている。
【００１０】
この場合、測定面を傷付けることなく高速に測定できるという利点から、上記非接触式のレーザ変位計が一般的に用いられているが、レーザ変位計とワークとの相対移動を担う工作機械の送り機構には、上述した従来例に係る移動機構と同様の直線運動誤差が内在されているため、正確な形状データを得るためには、この直線運動誤差を取り除く必要がある。したがって、かかる機上測定においても上記従来例に係る測定方法及び装置をそのまま適用し得ると考えられる。
【００１１】
ところが、切削加工された加工面を測定する場合、上記直線運動誤差を取り除くだけでは、十分に正確な形状測定を行うことができないという問題があった。
【００１２】
即ち、切削加工によって形成された加工面は鏡面ではなく、切削に起因した表面粗さを有し、また、切削工具によって形成される加工痕にはその表面に傾きが有り、これら表面粗さや表面の傾きの他、ワーク材質といった加工面の性状により、レーザ変位計によって測定されるデータに誤差が生じるのである。
【００１３】
したがって、加工面の正確な形状を測定するためには、レーザ変位計によって得られたデータから、加工面の性状に起因した誤差成分を取り除かなければならない。
【００１４】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械により加工したワークの加工面形状を機上で極めて高精度に測定し得る測定方法及び装置の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明に係る機上測定方法は、
ワークを保持するワーク保持機構を備えたテーブルと、工具を保持する工具保持機構部と、前記テーブルと工具保持機構部とを平行移動させる第１軸方向、該第１軸方向と直交し、前記テーブルと工具保持機構部と離接させる方向の第２軸方向、並びに前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向に前記テーブルと工具保持機構部とを相対移動させる送り機構部とを備えた工作機械において、該工作機械により加工されたワークの加工面形状を機上で測定する方法であって、
鏡面状の基準面を備えた基準ミラーを前記テーブル上に配置し、
前記ワークの加工面の変位を測定する第１のレーザ変位計、及び前記基準ミラーの基準面の変位を測定する第２のレーザ変位計を前記工具保持機構部に配置し、
前記第１軸方向と一致する走査方向に沿って前記第２軸方向に振動する正弦波軌跡を描くように、前記テーブルと前記工具保持機構部とを相対移動させ、且つ該相対移動の間に、前記第１のレーザ変位計によって前記加工面の変位を測定するとともに、前記第２のレーザ変位計によって前記基準面の変位を測定し、
得られた加工面の変位データ及び基準面の変位データを解析して、前記第１のレーザ変位計の感度を算出した後、算出した感度を基に、前記加工面の変位データを補正し、
ついで、補正後の加工面の変位データと前記基準面の変位データとの差分をとって、前記加工面の実形状を算出するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る機上測定装置は、
ワークを保持するワーク保持機構を備えたテーブルと、工具を保持する工具保持機構部と、前記テーブルと工具保持機構部とを平行移動させる第１軸方向、該第１軸方向と直交し、前記テーブルと工具保持機構部と離接させる方向の第２軸方向、並びに前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向に前記テーブルと工具保持機構部とを相対移動させる送り機構部とを備えた工作機械に設けられ、該工作機械によって加工されたワークの加工面形状を機上で測定する測定装置であって、
鏡面状の基準面を備え、前記テーブル上に配設される基準ミラーと、
前記工具保持機構部にそれぞれ配設され、前記ワークの加工面の変位を測定する第１のレーザ変位計、及び前記基準ミラーの基準面の変位を測定する第２のレーザ変位計と、
前記テーブルと前記工具保持機構部とが前記第１軸方向と一致する走査方向に沿って前記第２軸方向に振動する正弦波軌跡で相対移動する測定運動を、前記工作機械に付与する測定運動付与部と、
前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データと、前記第２のレーザ変位計によって測定される前記基準面の変位データとを解析して、前記第１のレーザ変位計の感度を算出する感度算出部と、
前記感度算出部によって算出された前記第１のレーザ変位計の感度を基に、前記加工面の変位データを補正し、補正後の加工面の変位データと前記基準面の変位データとの差分をとって、前記加工面の実形状を算出する実形状データ算出部とを備える。
【００１７】
上述したように、レーザ変位計とワークとを相対移動させてワーク加工面の変位を測定する場合、得られる変位データには、相対移動に伴う運動誤差成分と、ワーク加工面の性状に起因した誤差成分とが含まれたものとなる。
【００１８】
本発明者等は、これら運動誤差成分と加工面性状に起因した誤差成分とを含む変位データＬ（ａ）を、以下の一般式（数式１）で表すことができるとの知見を得た。
【００１９】
（数式１）
Ｌ（ａ）＝Ｓ１［ｐ（ａ）＋ｅｚ（ａ）］
【００２０】
但し、ａは前記相対移動方向における座標値、また、ｐ（ａ）は加工面形状の変位成分、ｅｚ（ａ）は運動誤差の変位成分である。そして、Ｓ１は、加工面性状に起因した誤差要因が、加工面形状の変位成分ｐ（ａ）及び運動誤差による変位成分ｅｚ（ａ）に影響する度合いを示すもので、本発明では、これを「感度」と称する。
【００２１】
尚、上記一般式を前記第１のレーザ変位計によって測定される変位データに適用すると、この変位データＬ１（ａ）は、次式数式２となる。
【００２２】
（数式２）
Ｌ１（ａ）＝Ｓ１［ｐ（ａ）＋ｅｚ（ａ）］
【００２３】
但し、ａは、前記第１軸における座標値である。
【００２４】
また、前記第２のレーザ変位計によって測定される変位データＬ２（ａ）は、次式数式３によって表される。
【００２５】
（数式３）
Ｌ２（ａ）＝ｅｚ（ａ）
【００２６】
そして、本発明者等は、前記正弦波軌跡を描く測定運動の下で、前記第１のレーザ変位計によって測定される加工面の変位データ、及び第２のレーザ変位計によって測定される基準面の変位データを解析することにより、前記第１のレーザ変位計の感度を算出することができることを知見した。
【００２７】
そして、この算出された感度を用いることで、下式数式４のように、前記第１のレーザ変位計によって測定される加工面の変位データを補正し、補正後の加工面変位データＬｈ（ａ）と、第２のレーザ変位計によって測定される前記基準面の変位データをＬ２（ａ）との差分を算出することによって、加工面の実形状データを得ることができるとの知見を得るに至ったものである（下式数式５）。
【００２８】
（数式４）
Ｌｈ（ａ）＝Ｌ１（ａ）／Ｓ１＝ｐ（ａ）＋ｅｚ（ａ）
【００２９】
（数式５）
Ｌｈ（ａ）−Ｌ２（ａ）＝［ｐ（ａ）＋ｅｚ（ａ）］−ｅｚ（ａ）＝ｐ（ａ）
【００３０】
尚、前記感度Ｓ１は、前記加工面の変位データＬ１（ａ）及び基準面の変位データＬ２（ａ）からそれぞれ前記正弦波成分を分離した後、その振幅比を算出し、算出した振幅比を基に設定すると良い。
【００３１】
また、前記正弦波軌跡は、前記第１軸の座標値をａとし、その前記正弦波軌跡における第２軸の座標値をｂｓ（ａ）としたとき、下式数式６によって定義されるものとすると良い。
【００３２】
（数式６）
ｂｓ（ａ）＝Ａ・ｓｉｎ［２π（ａ−ａ０）／λｃ］
【００３３】
但し、Ａは正弦波軌跡の片振幅、ａ０は初期位相である。また、λｃは前記正弦波軌跡の波長であり、前記テーブルと工具保持機構部とを前記走査方向に相対移動させたときに前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データを波長分析し、その結果の最も少ない波長成分から選定される波長である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、レーザ変位計とワークとの相対移動に伴う運動誤差と、ワーク加工面の性状に起因した誤差と取り除いた、高精度な加工面形状を工作機械上で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る機上測定装置の構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る測定制御部における処理手順を示したフローチャートである。
【図３】走査運動により、第１のレーザ変位計によって測定された加工面の変位データと、第２のレーザ変位計によって測定された基準面の変位データを示す信号波形図である。
【図４】図３に示した加工面変位データをフーリエ変換して波長分析したパワースペクトルを示す図である。
【図５】正弦波軌跡を描く測定運動の下で、第１のレーザ変位計によって測定された加工面変位データと、第２のレーザ変位計によって測定された基準面変位データとを示す信号波形図である。
【図６】本実施形態にしたがって算出した加工面の実形状データに係る信号波形図である。
【図７】走査運動によって測定された図３に示す加工面変位データと基準面変位データとの差分をとった信号波形図である。
【図８】本実施形態における効果を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３７】
図１に示すように、本例の機上測定装置２０は、公知の構成を有する工作機械１に付設されるものであるが、その詳細な説明に先立って、まず、工作機械１の概略について説明する。
【００３８】
図１に示すように、本例の工作機械１は、テーブル２と、工具５を保持する工具保持台３と、数値制御装置８とを備える。テーブル２は、その上面に、ワークＷを保持するための保持具４が取り付けられ、Ｘ軸送り機構６により駆動されてＸ軸方向に移動する。また、工具保持台３は、テーブル２の上方に設けられ、Ｚ軸送り機構７により駆動されてＺ軸方向に移動する。尚、特に図示していないが、テーブル２と工具保持台３とを紙面と直交するＹ軸方向に相対移動させるＹ軸送り機構が設けられている。また、数値制御装置８は、ＮＣプログラムを記憶するＮＣプログラム記憶部１１、ＮＣプログラムを解析して制御信号を生成するプログラム解析部１０、生成された制御信号に基づいて前記Ｘ軸送り機構６，Ｙ軸送り機構（図示せず）及びＺ軸送り機構７の作動を制御する送り制御部９等を備える。
【００３９】
斯くして、以上の構成を備えた工作機械１では、多くを説明するまでもないが、数値制御装置８によって前記Ｘ軸送り機構部６，Ｙ軸送り機構部（図示せず）及びＺ軸送り機構部の作動が適宜制御され、これによりテーブル２と工具保持台３とがＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸方向に適宜相対移動され、かかるテーブル２と工具保持台３との相対移動によって、ワークＷが加工される。
【００４０】
次に、本例の機上測定装置２０の詳細について説明する。
【００４１】
図１に示すように、前記機上測定装置２０は、テーブル２上に配設された基準ミラー２１と、工具保持台３に配設された第１及び第２の２つのレーザ変位計Ｌ１，Ｌ２と、数値制御装置８内に設けられた測定処理装置２２と、入出力装置３２とを備える。
【００４２】
前記基準ミラー２１は、表面が平坦な鏡面状の基準面をなすもので、この基準面を上にして、前記保持具４と並び前記テーブル２上に固設される。
【００４３】
前記第１のレーザ変位計Ｌ１及び第２のレーザ変位計Ｌ２は、それぞれ三角測量型のレーザ変位計からなり、第１のレーザ変位計Ｌ１は工具５近傍の工具保持台３に固設されて、ワークＷの加工面の変位を測定する。他方、第２のレーザ変位計Ｌ２は、基準ミラー２１と対向するように工具保持台３に固設され、当該基準ミラー２１の基準面の変位を測定する。
【００４４】
前記測定処理装置２２は、測定制御部２３，測定運動付与部２４，データ取込部２５，Ｌ１データ記憶部２６，Ｌ２データ記憶部２７，感度算出部２８，実形状データ算出部２９，実形状データ記憶部３０及び入出力処理部３１とからなる。
【００４５】
測定制御部２３は、測定運動付与部２４，データ取込部２５，感度算出部２８及び実形状データ算出部２９における各処理を統轄制御する処理部であり、図２に示した処理を順次実行する。
【００４６】
測定運動付与部２４は、テーブル２と工具保持台３とが所定の測定方向に沿って正弦波軌跡で相対移動する測定運動を前記工作機械１に付与する処理部である。具体的には、例えば、テーブル２と工具保持台３とがＸ軸方向に沿ってＺ軸方向に振動する正弦波軌跡を描いて相対移動するようなＸ軸送り機構６及びＺ軸送り機構７に係る制御信号を生成して送り制御部９に送信する。
【００４７】
このような測定運動に係る制御信号は、例えば、Ｘ軸の座標値をｘとし、その前記正弦波軌跡におけるＺ軸の座標値をｚｓ（ｘ）として、次の数式７に従って算出され、前記測定運動付与部２４は、かかる数式７に従った制御信号を生成して、前記送り制御部９に送信する。
【００４８】
（数式７）
ｚｓ（ｘ）＝Ａ・ｓｉｎ［２π（ｘ−ｘ０）／λｃ］
【００４９】
但し、Ａは正弦波軌跡の片振幅、ｘ０は初期位相であり、λｃは正弦波軌跡の波長である。
【００５０】
尚、前記波長λｃは、工具保持台３を固定し、テーブル２をＸ軸方向に移動させて（この移動を、以下、「走査運動」という）、前記第１のレーザ変位計Ｌ１を用いてワークＷの加工面の変位を測定し、得られた変位データをフーリエ変換して波長分析を行い、その結果の最も少ない波長成分から選定される波長である。波長λｃをワークの加工面形状及び運動誤差に含まれていない波長とすることで、波長λｃの正弦波成分を精度良く分離でき、感度Ｓ１を正確に求めることができる。
【００５１】
因みに、前記走査運動を行い、前記第１のレーザ変位計Ｌ１によって測定される前記加工面の変位データをＬ１（ｘ）、前記第２のレーザ変位計Ｌ２によって測定される前記基準面の変位データをＬ２（ｘ）とすると、これらＬ１（ｘ）及びＬ２（ｘ）は、次の数式８及び数式９によって表される。
【００５２】
（数式８）
Ｌ１（ｘ）＝Ｓ１［ｐ（ｘ）＋ｅｚ（ｘ）］
【００５３】
（数式９）
Ｌ２（ｘ）＝ｅｚ（ｘ）
【００５４】
但し、ｐ（ｘ）は加工面形状を表し、ｅｚ（ｘ）は直線運動誤差のＺ軸成分を表している。
【００５５】
また、前記片振幅Ａ及び初期位相ｘ０は、次の数式１０及び数式１１を満たすように適宜設定される。
【００５６】
（数式１０）
ｍａｘ［Ｌ１（ｘ）＋ｚｓ（ｘ）］＝ｄｍａｘ
【００５７】
（数式１１）
ｍｉｎ［Ｌ１（ｘ）＋ｚｓ（ｘ）］＝ｄｍｉｎ
【００５８】
但し、［ｄｍｉｎ，ｄｍａｘ］は、第１のレーザ変位計Ｌ１の線形誤差が大きくならないように適宜設定される測定範囲である。
【００５９】
ここで、前記走査運動を行って、前記第１のレーザ変位計Ｌ１によって測定される加工面の変位データＬ１（ｘ）と、前記第２のレーザ変位計Ｌ２によって測定される基準面の変位データＬ２（ｘ）の一例を図３に示す。
【００６０】
図３に示した基準面の変位データＬ２（ｘ）は、基準面の変位成分にＸ軸送り機構６の運動誤差成分（低周波成分）が加算された波形を示し、加工面の変位データＬ１（ｘ）は加工面の変位成分にＸ軸送り機構６の直線運動誤差成分（低周波成分）と加工面の面性状に係る誤差成分が加算された複雑な波形を示している。
【００６１】
また、図３で示した加工面の変位データＬ１（ｘ）をフーリエ変換して波長分析を行ったパワースペクトルを図４に示す。この場合、図において矢印を付した波長２ｍｍの成分が少ないので、上記数式７におけるλｃは２ｍｍに設定される。
【００６２】
前記データ取込部２５は、前記測定運動を行っている間に、前記第１のレーザ変位計Ｌ１から出力される変位データ（加工面変位データ）Ｌ１（ｘ）を取り込んでＬ１データ記憶部２６に格納するとともに、同様に、前記第２のレーザ変位計Ｌ２から出力される変位データ（基準面変位データ）Ｌ２（ｘ）を取り込んでＬ２データ記憶部２７に格納する処理を行う。
【００６３】
ここで、一例として、上記数式７におけるλｃを２ｍｍとし、数式１０及び数式１１における［ｄｍｉｎ，ｄｍａｘ］（測定範囲）を［−２μｍ，＋２μｍ］として設定される数式７に従った測定運動を工作機械１に付与した場合に、前記第１のレーザ変位計Ｌ１によって測定された加工面変位データＬ１（ｘ）と、前記第２のレーザ変位計Ｌ２によって測定された基準面変位データＬ２（ｘ）とを図５に示す。
【００６４】
前記感度算出部２８は、Ｌ１データ記憶部２６及びＬ２データ記憶部２７からそれぞれ加工面変位データＬ１（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）とを読み出し、これらからそれぞれ波長λｃの正弦波成分を分離して、その振幅比を算出して上記数式８における感度Ｓ１を決定する。
【００６５】
前記実形状データ算出部２９は、Ｌ１データ記憶部２６及びＬ２データ記憶部２７からそれぞれ加工面変位データＬ１（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）とを読み出し、前記感度算出部２８によって算出された感度Ｓ１を用いて、次の数式１２にしたがって加工面変位データＬ１（ｘ）を補正した補正変位データＬｈ（ｘ）を算出し、得られた補正変位データＬｈ（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）とから次の数式１３により、加工面の実形状データｐ（ｘ）を算出して、これを実形状データ記憶部３０に格納する。
【００６６】
（数式１２）
Ｌｈ（ｘ）＝Ｌ１（ｘ）／Ｓ１
【００６７】
（数式１３）
ｐ（ｘ）＝Ｌｈ（ｘ）−Ｌ２（ｘ）
【００６８】
また、前記入出力処理部３１は、入出力装置３２から入力された測定開始信号を受けてこれを前記測定制御部２３に送信し、また、同入出力装置３２から出力要求を受け付けて、前記Ｌ１データ記憶部２６，Ｌ２データ記憶部２７，実形状データ記憶部３０に格納された各データを前記入出力装置３２に出力する。
【００６９】
以上の構成を備えた本例の機上測定装置２０によれば、まず、入出力装置３２から測定開始信号が入力され、この測定開始信号が前記測定制御部２３に送信されることで、機上測定が開始される。尚、前記保持具４にはワークＷが保持され、このワークＷはその上面が工具５によって加工されているものとする。
【００７０】
前記測定開始信号が測定制御部２３に送信されると、当該測定制御部２３は図２に示した処理を順次実行する。
【００７１】
即ち、まず、ステップＳ１において、測定運動付与部２４が測定運動に係る制御信号を送り制御部９に送信し、テーブル２と工具保持台３に測定運動を行わせる。
【００７２】
ついで、前記測定運動が行われている間に、前記データ取込部２５によって、第１のレーザ変位計Ｌ１から出力される加工面変位データＬ１（ｘ）と、第２のレーザ変位計Ｌ２から出力される基準面変位データＬ２（ｘ）とが取り込まれ、それぞれＬ１データ記憶部２６とＬ２データ記憶部２７に格納される（ステップＳ２）。
【００７３】
次に、感度算出部２８により、Ｌ１データ記憶部２６及びＬ２データ記憶部２７からそれぞれ加工面変位データＬ１（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）とが読み出され、これらからそれぞれ波長λｃの正弦波成分が分離されて、その振幅比から感度Ｓ１が算出される（ステップＳ３）。
【００７４】
ついで、算出された感度Ｓ１を基に、実形状データ算出部２９により、加工面変位データＬ１（ｘ）が補正され（ステップＳ４）、補正された変位データＬｈ（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）との差分をとって加工面の実形状データｐ（ｘ）が算出され（ステップＳ５）、算出された実形状データｐ（ｘ）が実形状データ記憶部３０に格納され（ステップＳ６）、一連の処理が終了される。
【００７５】
ここで、図５に示した加工面変位データＬ１（ｘ）及び基準面変位データＬ２（ｘ）を基に、上記ステップＳ３〜Ｓ５の処理を行って算出した加工面の実形状データｐ（ｘ）を、実施例として図６に示す。
【００７６】
また、従来例に相当する比較例として、前記走査運動によって測定された図３に示す加工面変位データＬ１（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）との差分をとったものを図７に示す。
【００７７】
更に、試料対象のワークＷを工作機械１から取り外して、誤差を殆ど含まない精密な形状測定器によって当該ワークＷの加工面の形状を測定し、得られた形状データ（真の形状データ）と、図６に示した実施例に係る形状データ、及び図７に示した比較例に係る形状データとの差分をそれぞれ算出した結果を図８に示す。
【００７８】
上述したように、レーザ変位計とワークとを相対移動させてワーク加工面の変位を測定する場合、得られる変位データには、相対移動に伴う運動誤差成分と、ワーク加工面の性状に起因した誤差成分とが含まれたものとなっており、したがって、従来例のように、運動誤差成分のみを除去したのでは正確な加工面形状を算出することができない。
【００７９】
本例によれば、運動誤差成分とワーク加工面の性状に起因した誤差成分の双方を除去することができるので、極めて高精度な加工面形状を工作機械上で測定することができる。このことは、図８を見れば明らかである。即ち、実施例として示した加工面の形状データは、真の形状データとの差が殆ど無いが、比較例として示した加工面の形状データは、真の形状データに対して大きな誤差を含んでおり、本例によって、加工面形状を高精度に測定し得ることが理解される。
【００８０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何ら、上例のものに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、工作機械の加工分野において好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ 工作機械
２ テーブル
３ 工具保持台
４ ワーク保持具
２０ 機上測定装置
２１ 基準ミラー
２２ 測定処理装置
２３ 測定制御部
２４ 測定運動付与部
２５ データ取込部
２６ Ｌ１データ記憶部
２７ Ｌ２データ記憶部
２８ 感度算出部
２９ 実形状データ算出部
３０ 実形状データ記憶部
Ｌ１ 第１のレーザ変位計
Ｌ２ 第２のレーザ変位計
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械により加工したワークの加工面形状を、加工後、該ワークを工作機械に取付けたまま機上で測定する方法及び装置に関し、更に詳しくは、測定器として非接触式のレーザ変位計を用いた機上測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の測定対象面を非接触式のレーザ変位計を用いて測定する方法及び装置として、従来、特開２０００−２９８０１１号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
この測定装置は、２つのレーザ変位計を上下に相互に対向させて配設するとともに、この２つのレーザ変位計間に、測定対象物と基準ミラーとを配設した構成を備え、前記測定対象物はその測定対象面が上部レーザ変位計の測定領域に位置するように配設され、基準ミラーはその平滑な基準面が下部レーザ変位計の測定領域に位置するように配設される。
【０００４】
そして、この測定装置では、測定対象物と基準ミラーとを同時に所定の測定方向に移動させながら、対応するレーザ変位計で測定対象物の測定対象面の変位と基準ミラーの基準面の変位とをそれぞれ測定し、測定した測定対象面の変位データと基準面の変位データとの差分を算出して、算出された変位データをもって前記測定対象面に係る実際の形状データとしている。
【０００５】
レーザ変位計を用いて測定する場合、レーザ変位計と測定対象物とを適宜移動機構によって相対移動させる必要があるが、この移動機構には直線運動誤差（例えば、運動の真直度誤差やピッチング，ヨーイング，ローリングによる誤差）が内在されており、このため、単にレーザ変位計を用いて測定対象面の変位を測定したのでは、測定データに前記直線運動誤差が加算され、精度の良い測定を行うことができない。
【０００６】
そこで、上記従来の測定装置では、平滑な基準面と測定対象面とを同時に測定し、これらの変位データの差分値をもって、測定対象面に係る実際の形状データとしている。即ち、基準面の変位データは、移動機構の直線運動誤差を反映したものとなるが、直線運動誤差が加算された測定対象面の変位データから、直線運動誤差が反映された基準面の変位データを差し引くことで、測定対象面の純粋な変位データ（即ち、形状データ）を得ることができるのである。
【０００７】
このように、上記従来の測定方法及び装置によれば、直線運動誤差を取り除いた正確な形状データを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９８０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、工作機械を用いた切削加工の分野では、近年、加工後のワークの加工面形状を機上で測定して目標形状との誤差を同定し、同定後直ちにその誤差を修正する、所謂修正加工に関する研究が行われている。
【００１０】
この場合、測定面を傷付けることなく高速に測定できるという利点から、上記非接触式のレーザ変位計が一般的に用いられているが、レーザ変位計とワークとの相対移動を担う工作機械の送り機構には、上述した従来例に係る移動機構と同様の直線運動誤差が内在されているため、正確な形状データを得るためには、この直線運動誤差を取り除く必要がある。したがって、かかる機上測定においても上記従来例に係る測定方法及び装置をそのまま適用し得ると考えられる。
【００１１】
ところが、切削加工された加工面を測定する場合、上記直線運動誤差を取り除くだけでは、十分に正確な形状測定を行うことができないという問題があった。
【００１２】
即ち、切削加工によって形成された加工面は鏡面ではなく、切削に起因した表面粗さを有し、また、切削工具によって形成される加工痕にはその表面に傾きが有り、これら表面粗さや表面の傾きの他、ワーク材質といった加工面の性状により、レーザ変位計によって測定されるデータに誤差が生じるのである。
【００１３】
したがって、加工面の正確な形状を測定するためには、レーザ変位計によって得られたデータから、加工面の性状に起因した誤差成分を取り除かなければならない。
【００１４】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械により加工したワークの加工面形状を機上で極めて高精度に測定し得る測定方法及び装置の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明に係る機上測定方法は、
ワークを保持するワーク保持機構を備えたテーブルと、工具を保持する工具保持機構部と、前記テーブルと工具保持機構部とを平行移動させる第１軸方向、該第１軸方向と直交し、前記テーブルと工具保持機構部と離接させる方向の第２軸方向、並びに前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向に前記テーブルと工具保持機構部とを相対移動させる送り機構部とを備えた工作機械において、該工作機械により加工されたワークの加工面形状を機上で測定する方法であって、
鏡面状の基準面を備えた基準ミラーを前記テーブル上に配置し、
前記ワークの加工面の変位を測定する第１のレーザ変位計、及び前記基準ミラーの基準面の変位を測定する第２のレーザ変位計を前記工具保持機構部に配置し、
前記第１軸方向と一致する走査方向に沿って前記第２軸方向に振動する正弦波軌跡を描くように、前記テーブルと前記工具保持機構部とを相対移動させ、且つ該相対移動の間に、前記第１のレーザ変位計によって前記加工面の変位を測定するとともに、前記第２のレーザ変位計によって前記基準面の変位を測定し、
得られた加工面の変位データ及び基準面の変位データを解析して、前記第１のレーザ変位計の感度を算出した後、算出した感度を基に、前記加工面の変位データを補正し、
ついで、補正後の加工面の変位データと前記基準面の変位データとの差分をとって、前記加工面の実形状を算出するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る機上測定装置は、
ワークを保持するワーク保持機構を備えたテーブルと、工具を保持する工具保持機構部と、前記テーブルと工具保持機構部とを平行移動させる第１軸方向、該第１軸方向と直交し、前記テーブルと工具保持機構部と離接させる方向の第２軸方向、並びに前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向に前記テーブルと工具保持機構部とを相対移動させる送り機構部とを備えた工作機械に設けられ、該工作機械によって加工されたワークの加工面形状を機上で測定する測定装置であって、
鏡面状の基準面を備え、前記テーブル上に配設される基準ミラーと、
前記工具保持機構部にそれぞれ配設され、前記ワークの加工面の変位を測定する第１のレーザ変位計、及び前記基準ミラーの基準面の変位を測定する第２のレーザ変位計と、
前記テーブルと前記工具保持機構部とが前記第１軸方向と一致する走査方向に沿って前記第２軸方向に振動する正弦波軌跡で相対移動する測定運動を、前記工作機械に付与する測定運動付与部と、
前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データと、前記第２のレーザ変位計によって測定される前記基準面の変位データとを解析して、前記第１のレーザ変位計の感度を算出する感度算出部と、
前記感度算出部によって算出された前記第１のレーザ変位計の感度を基に、前記加工面の変位データを補正し、補正後の加工面の変位データと前記基準面の変位データとの差分をとって、前記加工面の実形状を算出する実形状データ算出部とを備える。
【００１７】
上述したように、レーザ変位計とワークとを相対移動させてワーク加工面の変位を測定する場合、得られる変位データには、相対移動に伴う運動誤差成分と、ワーク加工面の性状に起因した誤差成分とが含まれたものとなる。
【００１８】
本発明者等は、これら運動誤差成分と加工面性状に起因した誤差成分とを含む変位データＬ（ａ）を、以下の一般式（数式１）で表すことができるとの知見を得た。
【００１９】
（数式１）
Ｌ（ａ）＝Ｓ１［ｐ（ａ）＋ｅｚ（ａ）］
【００２０】
但し、ａは前記相対移動方向における座標値、また、ｐ（ａ）は加工面形状の変位成分、ｅｚ（ａ）は運動誤差の変位成分である。そして、Ｓ１は、加工面性状に起因した誤差要因が、加工面形状の変位成分ｐ（ａ）及び運動誤差による変位成分ｅｚ（ａ）に影響する度合いを示すもので、本発明では、これを「感度」と称する。
【００２１】
尚、上記一般式を前記第１のレーザ変位計によって測定される変位データに適用すると、この変位データＬ１（ａ）は、次式数式２となる。
【００２２】
（数式２）
Ｌ１（ａ）＝Ｓ１［ｐ（ａ）＋ｅｚ（ａ）］
【００２３】
但し、ａは、前記第１軸における座標値である。
【００２４】
また、前記第２のレーザ変位計によって測定される変位データＬ２（ａ）は、次式数式３によって表される。
【００２５】
（数式３）
Ｌ２（ａ）＝ｅｚ（ａ）
【００２６】
そして、本発明者等は、前記正弦波軌跡を描く測定運動の下で、前記第１のレーザ変位計によって測定される加工面の変位データ、及び第２のレーザ変位計によって測定される基準面の変位データを解析することにより、前記第１のレーザ変位計の感度を算出することができることを知見した。
【００２７】
そして、この算出された感度を用いることで、下式数式４のように、前記第１のレーザ変位計によって測定される加工面の変位データを補正し、補正後の加工面変位データＬｈ（ａ）と、第２のレーザ変位計によって測定される前記基準面の変位データをＬ２（ａ）との差分を算出することによって、加工面の実形状データを得ることができるとの知見を得るに至ったものである（下式数式５）。
【００２８】
（数式４）
Ｌｈ（ａ）＝Ｌ１（ａ）／Ｓ１＝ｐ（ａ）＋ｅｚ（ａ）
【００２９】
（数式５）
Ｌｈ（ａ）−Ｌ２（ａ）＝［ｐ（ａ）＋ｅｚ（ａ）］−ｅｚ（ａ）＝ｐ（ａ）
【００３０】
尚、前記感度Ｓ１は、前記加工面の変位データＬ１（ａ）及び基準面の変位データＬ２（ａ）からそれぞれ前記正弦波成分を分離した後、その振幅比を算出し、算出した振幅比を基に設定すると良い。
【００３１】
また、前記正弦波軌跡は、前記第１軸の座標値をａとし、その前記正弦波軌跡における第２軸の座標値をｂｓ（ａ）としたとき、下式数式６によって定義されるものとすると良い。
【００３２】
（数式６）
ｂｓ（ａ）＝Ａ・ｓｉｎ［２π（ａ−ａ０）／λｃ］
【００３３】
但し、Ａは正弦波軌跡の片振幅、ａ０は初期位相である。また、λｃは前記正弦波軌跡の波長であり、前記テーブルと工具保持機構部とを前記走査方向に相対移動させたときに前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データを波長分析し、その結果の最も少ない波長成分から選定される波長である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、レーザ変位計とワークとの相対移動に伴う運動誤差と、ワーク加工面の性状に起因した誤差と取り除いた、高精度な加工面形状を工作機械上で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る機上測定装置の構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る測定制御部における処理手順を示したフローチャートである。
【図３】走査運動により、第１のレーザ変位計によって測定された加工面の変位データと、第２のレーザ変位計によって測定された基準面の変位データを示す信号波形図である。
【図４】図３に示した加工面変位データをフーリエ変換して波長分析したパワースペクトルを示す図である。
【図５】正弦波軌跡を描く測定運動の下で、第１のレーザ変位計によって測定された加工面変位データと、第２のレーザ変位計によって測定された基準面変位データとを示す信号波形図である。
【図６】本実施形態にしたがって算出した加工面の実形状データに係る信号波形図である。
【図７】走査運動によって測定された図３に示す加工面変位データと基準面変位データとの差分をとった信号波形図である。
【図８】本実施形態における効果を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３７】
図１に示すように、本例の機上測定装置２０は、公知の構成を有する工作機械１に付設されるものであるが、その詳細な説明に先立って、まず、工作機械１の概略について説明する。
【００３８】
図１に示すように、本例の工作機械１は、テーブル２と、工具５を保持する工具保持台３と、数値制御装置８とを備える。テーブル２は、その上面に、ワークＷを保持するための保持具４が取り付けられ、Ｘ軸送り機構６により駆動されてＸ軸方向に移動する。また、工具保持台３は、テーブル２の上方に設けられ、Ｚ軸送り機構７により駆動されてＺ軸方向に移動する。尚、特に図示していないが、テーブル２と工具保持台３とを紙面と直交するＹ軸方向に相対移動させるＹ軸送り機構が設けられている。また、数値制御装置８は、ＮＣプログラムを記憶するＮＣプログラム記憶部１１、ＮＣプログラムを解析して制御信号を生成するプログラム解析部１０、生成された制御信号に基づいて前記Ｘ軸送り機構６，Ｙ軸送り機構（図示せず）及びＺ軸送り機構７の作動を制御する送り制御部９等を備える。
【００３９】
斯くして、以上の構成を備えた工作機械１では、多くを説明するまでもないが、数値制御装置８によって前記Ｘ軸送り機構部６，Ｙ軸送り機構部（図示せず）及びＺ軸送り機構部の作動が適宜制御され、これによりテーブル２と工具保持台３とがＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸方向に適宜相対移動され、かかるテーブル２と工具保持台３との相対移動によって、ワークＷが加工される。
【００４０】
次に、本例の機上測定装置２０の詳細について説明する。
【００４１】
図１に示すように、前記機上測定装置２０は、テーブル２上に配設された基準ミラー２１と、工具保持台３に配設された第１及び第２の２つのレーザ変位計Ｌ１，Ｌ２と、数値制御装置８内に設けられた測定処理装置２２と、入出力装置３２とを備える。
【００４２】
前記基準ミラー２１は、表面が平坦な鏡面状の基準面をなすもので、この基準面を上にして、前記保持具４と並び前記テーブル２上に固設される。
【００４３】
前記第１のレーザ変位計Ｌ１及び第２のレーザ変位計Ｌ２は、それぞれ三角測量型のレーザ変位計からなり、第１のレーザ変位計Ｌ１は工具５近傍の工具保持台３に固設されて、ワークＷの加工面の変位を測定する。他方、第２のレーザ変位計Ｌ２は、基準ミラー２１と対向するように工具保持台３に固設され、当該基準ミラー２１の基準面の変位を測定する。
【００４４】
前記測定処理装置２２は、測定制御部２３，測定運動付与部２４，データ取込部２５，Ｌ１データ記憶部２６，Ｌ２データ記憶部２７，感度算出部２８，実形状データ算出部２９，実形状データ記憶部３０及び入出力処理部３１とからなる。
【００４５】
測定制御部２３は、測定運動付与部２４，データ取込部２５，感度算出部２８及び実形状データ算出部２９における各処理を統轄制御する処理部であり、図２に示した処理を順次実行する。
【００４６】
測定運動付与部２４は、テーブル２と工具保持台３とが所定の測定方向に沿って正弦波軌跡で相対移動する測定運動を前記工作機械１に付与する処理部である。具体的には、例えば、テーブル２と工具保持台３とがＸ軸方向に沿ってＺ軸方向に振動する正弦波軌跡を描いて相対移動するようなＸ軸送り機構６及びＺ軸送り機構７に係る制御信号を生成して送り制御部９に送信する。
【００４７】
このような測定運動に係る制御信号は、例えば、Ｘ軸の座標値をｘとし、その前記正弦波軌跡におけるＺ軸の座標値をｚｓ（ｘ）として、次の数式７に従って算出され、前記測定運動付与部２４は、かかる数式７に従った制御信号を生成して、前記送り制御部９に送信する。
【００４８】
（数式７）
ｚｓ（ｘ）＝Ａ・ｓｉｎ［２π（ｘ−ｘ０）／λｃ］
【００４９】
但し、Ａは正弦波軌跡の片振幅、ｘ０は初期位相であり、λｃは正弦波軌跡の波長である。
【００５０】
尚、前記波長λｃは、工具保持台３を固定し、テーブル２をＸ軸方向に移動させて（この移動を、以下、「走査運動」という）、前記第１のレーザ変位計Ｌ１を用いてワークＷの加工面の変位を測定し、得られた変位データをフーリエ変換して波長分析を行い、その結果の最も少ない波長成分から選定される波長である。波長λｃをワークの加工面形状及び運動誤差に含まれていない波長とすることで、波長λｃの正弦波成分を精度良く分離でき、感度Ｓ１を正確に求めることができる。
【００５１】
因みに、前記走査運動を行い、前記第１のレーザ変位計Ｌ１によって測定される前記加工面の変位データをＬ１（ｘ）、前記第２のレーザ変位計Ｌ２によって測定される前記基準面の変位データをＬ２（ｘ）とすると、これらＬ１（ｘ）及びＬ２（ｘ）は、次の数式８及び数式９によって表される。
【００５２】
（数式８）
Ｌ１（ｘ）＝Ｓ１［ｐ（ｘ）＋ｅｚ（ｘ）］
【００５３】
（数式９）
Ｌ２（ｘ）＝ｅｚ（ｘ）
【００５４】
但し、ｐ（ｘ）は加工面形状を表し、ｅｚ（ｘ）は直線運動誤差のＺ軸成分を表している。
【００５５】
また、前記片振幅Ａ及び初期位相ｘ０は、次の数式１０及び数式１１を満たすように適宜設定される。
【００５６】
（数式１０）
ｍａｘ［Ｌ１（ｘ）＋ｚｓ（ｘ）］＝ｄｍａｘ
【００５７】
（数式１１）
ｍｉｎ［Ｌ１（ｘ）＋ｚｓ（ｘ）］＝ｄｍｉｎ
【００５８】
但し、［ｄｍｉｎ，ｄｍａｘ］は、第１のレーザ変位計Ｌ１の線形誤差が大きくならないように適宜設定される測定範囲である。
【００５９】
ここで、前記走査運動を行って、前記第１のレーザ変位計Ｌ１によって測定される加工面の変位データＬ１（ｘ）と、前記第２のレーザ変位計Ｌ２によって測定される基準面の変位データＬ２（ｘ）の一例を図３に示す。
【００６０】
図３に示した基準面の変位データＬ２（ｘ）は、基準面の変位成分にＸ軸送り機構６の運動誤差成分（低周波成分）が加算された波形を示し、加工面の変位データＬ１（ｘ）は加工面の変位成分にＸ軸送り機構６の直線運動誤差成分（低周波成分）と加工面の面性状に係る誤差成分が加算された複雑な波形を示している。
【００６１】
また、図３で示した加工面の変位データＬ１（ｘ）をフーリエ変換して波長分析を行ったパワースペクトルを図４に示す。この場合、図において矢印を付した波長２ｍｍの成分が少ないので、上記数式７におけるλｃは２ｍｍに設定される。
【００６２】
前記データ取込部２５は、前記測定運動を行っている間に、前記第１のレーザ変位計Ｌ１から出力される変位データ（加工面変位データ）Ｌ１（ｘ）を取り込んでＬ１データ記憶部２６に格納するとともに、同様に、前記第２のレーザ変位計Ｌ２から出力される変位データ（基準面変位データ）Ｌ２（ｘ）を取り込んでＬ２データ記憶部２７に格納する処理を行う。
【００６３】
ここで、一例として、上記数式７におけるλｃを２ｍｍとし、数式１０及び数式１１における［ｄｍｉｎ，ｄｍａｘ］（測定範囲）を［−２μｍ，＋２μｍ］として設定される数式７に従った測定運動を工作機械１に付与した場合に、前記第１のレーザ変位計Ｌ１によって測定された加工面変位データＬ１（ｘ）と、前記第２のレーザ変位計Ｌ２によって測定された基準面変位データＬ２（ｘ）とを図５に示す。
【００６４】
前記感度算出部２８は、Ｌ１データ記憶部２６及びＬ２データ記憶部２７からそれぞれ加工面変位データＬ１（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）とを読み出し、これらからそれぞれ波長λｃの正弦波成分を分離して、その振幅比を算出して上記数式８における感度Ｓ１を決定する。
【００６５】
前記実形状データ算出部２９は、Ｌ１データ記憶部２６及びＬ２データ記憶部２７からそれぞれ加工面変位データＬ１（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）とを読み出し、前記感度算出部２８によって算出された感度Ｓ１を用いて、次の数式１２にしたがって加工面変位データＬ１（ｘ）を補正した補正変位データＬｈ（ｘ）を算出し、得られた補正変位データＬｈ（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）とから次の数式１３により、加工面の実形状データｐ（ｘ）を算出して、これを実形状データ記憶部３０に格納する。
【００６６】
（数式１２）
Ｌｈ（ｘ）＝Ｌ１（ｘ）／Ｓ１
【００６７】
（数式１３）
ｐ（ｘ）＝Ｌｈ（ｘ）−Ｌ２（ｘ）
【００６８】
また、前記入出力処理部３１は、入出力装置３２から入力された測定開始信号を受けてこれを前記測定制御部２３に送信し、また、同入出力装置３２から出力要求を受け付けて、前記Ｌ１データ記憶部２６，Ｌ２データ記憶部２７，実形状データ記憶部３０に格納された各データを前記入出力装置３２に出力する。
【００６９】
以上の構成を備えた本例の機上測定装置２０によれば、まず、入出力装置３２から測定開始信号が入力され、この測定開始信号が前記測定制御部２３に送信されることで、機上測定が開始される。尚、前記保持具４にはワークＷが保持され、このワークＷはその上面が工具５によって加工されているものとする。
【００７０】
前記測定開始信号が測定制御部２３に送信されると、当該測定制御部２３は図２に示した処理を順次実行する。
【００７１】
即ち、まず、ステップＳ１において、測定運動付与部２４が測定運動に係る制御信号を送り制御部９に送信し、テーブル２と工具保持台３に測定運動を行わせる。
【００７２】
ついで、前記測定運動が行われている間に、前記データ取込部２５によって、第１のレーザ変位計Ｌ１から出力される加工面変位データＬ１（ｘ）と、第２のレーザ変位計Ｌ２から出力される基準面変位データＬ２（ｘ）とが取り込まれ、それぞれＬ１データ記憶部２６とＬ２データ記憶部２７に格納される（ステップＳ２）。
【００７３】
次に、感度算出部２８により、Ｌ１データ記憶部２６及びＬ２データ記憶部２７からそれぞれ加工面変位データＬ１（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）とが読み出され、これらからそれぞれ波長λｃの正弦波成分が分離されて、その振幅比から感度Ｓ１が算出される（ステップＳ３）。
【００７４】
ついで、算出された感度Ｓ１を基に、実形状データ算出部２９により、加工面変位データＬ１（ｘ）が補正され（ステップＳ４）、補正された変位データＬｈ（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）との差分をとって加工面の実形状データｐ（ｘ）が算出され（ステップＳ５）、算出された実形状データｐ（ｘ）が実形状データ記憶部３０に格納され（ステップＳ６）、一連の処理が終了される。
【００７５】
ここで、図５に示した加工面変位データＬ１（ｘ）及び基準面変位データＬ２（ｘ）を基に、上記ステップＳ３〜Ｓ５の処理を行って算出した加工面の実形状データｐ（ｘ）を、実施例として図６に示す。
【００７６】
また、従来例に相当する比較例として、前記走査運動によって測定された図３に示す加工面変位データＬ１（ｘ）と基準面変位データＬ２（ｘ）との差分をとったものを図７に示す。
【００７７】
更に、試料対象のワークＷを工作機械１から取り外して、誤差を殆ど含まない精密な形状測定器によって当該ワークＷの加工面の形状を測定し、得られた形状データ（真の形状データ）と、図６に示した実施例に係る形状データ、及び図７に示した比較例に係る形状データとの差分をそれぞれ算出した結果を図８に示す。
【００７８】
上述したように、レーザ変位計とワークとを相対移動させてワーク加工面の変位を測定する場合、得られる変位データには、相対移動に伴う運動誤差成分と、ワーク加工面の性状に起因した誤差成分とが含まれたものとなっており、したがって、従来例のように、運動誤差成分のみを除去したのでは正確な加工面形状を算出することができない。
【００７９】
本例によれば、運動誤差成分とワーク加工面の性状に起因した誤差成分の双方を除去することができるので、極めて高精度な加工面形状を工作機械上で測定することができる。このことは、図８を見れば明らかである。即ち、実施例として示した加工面の形状データは、真の形状データとの差が殆ど無いが、比較例として示した加工面の形状データは、真の形状データに対して大きな誤差を含んでおり、本例によって、加工面形状を高精度に測定し得ることが理解される。
【００８０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何ら、上例のものに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、工作機械の加工分野において好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ 工作機械
２ テーブル
３ 工具保持台
４ ワーク保持具
２０ 機上測定装置
２１ 基準ミラー
２２ 測定処理装置
２３ 測定制御部
２４ 測定運動付与部
２５ データ取込部
２６ Ｌ１データ記憶部
２７ Ｌ２データ記憶部
２８ 感度算出部
２９ 実形状データ算出部
３０ 実形状データ記憶部
Ｌ１ 第１のレーザ変位計
Ｌ２ 第２のレーザ変位計
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持するワーク保持機構を備えたテーブルと、工具を保持する工具保持機構部と、前記テーブルと工具保持機構部とを平行移動させる第１軸方向、該第１軸方向と直交し、前記テーブルと工具保持機構部と離接させる方向の第２軸方向、並びに前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向に前記テーブルと工具保持機構部とを相対移動させる送り機構部とを備えた工作機械において、該工作機械により加工されたワークの加工面形状を機上で測定する方法であって、
鏡面状の基準面を備えた基準ミラーを前記テーブル上に配置し、
前記ワークの加工面の変位を測定する第１のレーザ変位計、及び前記基準ミラーの基準面の変位を測定する第２のレーザ変位計を前記工具保持機構部に配置し、
前記第１軸方向と一致する走査方向に沿って前記第２軸方向に振動する正弦波軌跡を描くように、前記テーブルと前記工具保持機構部とを相対移動させ、且つ該相対移動の間に、前記第１のレーザ変位計によって前記加工面の変位を測定するとともに、前記第２のレーザ変位計によって前記基準面の変位を測定し、
得られた加工面の変位データ及び基準面の変位データを解析して、前記第１のレーザ変位計の感度を算出した後、算出した感度を基に、前記加工面の変位データを補正し、
ついで、補正後の加工面の変位データと前記基準面の変位データとの差分をとって、前記加工面の実形状を算出するようにしたことを特徴とする機上測定方法。
【請求項２】
前記加工面の変位データ及び基準面の変位データからそれぞれ前記正弦波の成分を分離した後、その振幅比を算出し、算出した振幅比を基に前記感度を算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の機上測定方法。
【請求項３】
前記正弦波軌跡は、前記第１軸の座標値をａとし、その前記正弦波軌跡における第２軸の座標値をｂｓ（ａ）としたとき、下式によって定義されるものである請求項１又は２記載の機上測定方法。
ｂｓ（ａ）＝Ａ・ｓｉｎ［２π（ａ−ａ０）／λｃ］
但し、Ａは正弦波軌跡の片振幅、ａ０は初期位相である。また、λｃは前記正弦波軌跡の波長であり、前記テーブルと工具保持機構部とを前記走査方向に相対移動させたときに前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データを波長分析し、その結果の最も少ない波長成分から選定される波長である。
【請求項４】
ワークを保持するワーク保持機構を備えたテーブルと、工具を保持する工具保持機構部と、前記テーブルと工具保持機構部とを平行移動させる第１軸方向、該第１軸方向と直交し、前記テーブルと工具保持機構部と離接させる方向の第２軸方向、並びに前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向に前記テーブルと工具保持機構部とを相対移動させる送り機構部とを備えた工作機械に設けられ、該工作機械によって加工されたワークの加工面形状を機上で測定する測定装置であって、
鏡面状の基準面を備え、前記テーブル上に配設される基準ミラーと、
前記工具保持機構部にそれぞれ配設され、前記ワークの加工面の変位を測定する第１のレーザ変位計、及び前記基準ミラーの基準面の変位を測定する第２のレーザ変位計と、
前記テーブルと前記工具保持機構部とが前記第１軸方向と一致する走査方向に沿って前記第２軸方向に振動する正弦波軌跡で相対移動する測定運動を、前記工作機械に付与する測定運動付与部と、
前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データと、前記第２のレーザ変位計によって測定される前記基準面の変位データとを解析して、前記第１のレーザ変位計の感度を算出する感度算出部と、
前記感度算出部によって算出された前記第１のレーザ変位計の感度を基に、前記加工面の変位データを補正し、補正後の加工面の変位データと前記基準面の変位データとの差分をとって、前記加工面の実形状を算出する実形状データ算出部とを備えてなることを特徴とする機上測定装置。
【請求項５】
前記感度算出部は、前記加工面の変位データ及び基準面の変位データからそれぞれ前記正弦波の成分を分離した後、その振幅比を算出し、算出した振幅比を基に前記感度を算出するように構成されてなることを特徴とする請求項４記載の機上測定装置。
【請求項６】
前記測定運動付与部は、前記第１軸の座標値をａとし、その前記正弦波軌跡における第２軸の座標値をｂｓ（ａ）としたとき、下式によって定義される正弦波軌跡の測定運動を前記工作機械に付与するように構成されてなる請求項４又は５記載の機上測定装置。
ｂｓ（ａ）＝Ａ・ｓｉｎ［２π（ａ−ａ０）／λｃ］
但し、Ａは正弦波軌跡の片振幅、ａ０は初期位相である。また、λｃは前記正弦波軌跡の波長であり、前記テーブルと工具保持機構部とを前記走査方向に相対移動させたときに前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データを波長分析し、その結果の最も少ない波長成分から選定される波長である。
【請求項１】
ワークを保持するワーク保持機構を備えたテーブルと、工具を保持する工具保持機構部と、前記テーブルと工具保持機構部とを平行移動させる第１軸方向、該第１軸方向と直交し、前記テーブルと工具保持機構部と離接させる方向の第２軸方向、並びに前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向に前記テーブルと工具保持機構部とを相対移動させる送り機構部とを備えた工作機械において、該工作機械により加工されたワークの加工面形状を機上で測定する方法であって、
鏡面状の基準面を備えた基準ミラーを前記テーブル上に配置し、
前記ワークの加工面の変位を測定する第１のレーザ変位計、及び前記基準ミラーの基準面の変位を測定する第２のレーザ変位計を前記工具保持機構部に配置し、
前記第１軸方向と一致する走査方向に沿って前記第２軸方向に振動する正弦波軌跡を描くように、前記テーブルと前記工具保持機構部とを相対移動させ、且つ該相対移動の間に、前記第１のレーザ変位計によって前記加工面の変位を測定するとともに、前記第２のレーザ変位計によって前記基準面の変位を測定し、
得られた加工面の変位データ及び基準面の変位データを解析して、前記第１のレーザ変位計の感度を算出した後、算出した感度を基に、前記加工面の変位データを補正し、
ついで、補正後の加工面の変位データと前記基準面の変位データとの差分をとって、前記加工面の実形状を算出するようにしたことを特徴とする機上測定方法。
【請求項２】
前記加工面の変位データ及び基準面の変位データからそれぞれ前記正弦波の成分を分離した後、その振幅比を算出し、算出した振幅比を基に前記感度を算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の機上測定方法。
【請求項３】
前記正弦波軌跡は、前記第１軸の座標値をａとし、その前記正弦波軌跡における第２軸の座標値をｂｓ（ａ）としたとき、下式によって定義されるものである請求項１又は２記載の機上測定方法。
ｂｓ（ａ）＝Ａ・ｓｉｎ［２π（ａ−ａ０）／λｃ］
但し、Ａは正弦波軌跡の片振幅、ａ０は初期位相である。また、λｃは前記正弦波軌跡の波長であり、前記テーブルと工具保持機構部とを前記走査方向に相対移動させたときに前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データを波長分析し、その結果の最も少ない波長成分から選定される波長である。
【請求項４】
ワークを保持するワーク保持機構を備えたテーブルと、工具を保持する工具保持機構部と、前記テーブルと工具保持機構部とを平行移動させる第１軸方向、該第１軸方向と直交し、前記テーブルと工具保持機構部と離接させる方向の第２軸方向、並びに前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向に前記テーブルと工具保持機構部とを相対移動させる送り機構部とを備えた工作機械に設けられ、該工作機械によって加工されたワークの加工面形状を機上で測定する測定装置であって、
鏡面状の基準面を備え、前記テーブル上に配設される基準ミラーと、
前記工具保持機構部にそれぞれ配設され、前記ワークの加工面の変位を測定する第１のレーザ変位計、及び前記基準ミラーの基準面の変位を測定する第２のレーザ変位計と、
前記テーブルと前記工具保持機構部とが前記第１軸方向と一致する走査方向に沿って前記第２軸方向に振動する正弦波軌跡で相対移動する測定運動を、前記工作機械に付与する測定運動付与部と、
前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データと、前記第２のレーザ変位計によって測定される前記基準面の変位データとを解析して、前記第１のレーザ変位計の感度を算出する感度算出部と、
前記感度算出部によって算出された前記第１のレーザ変位計の感度を基に、前記加工面の変位データを補正し、補正後の加工面の変位データと前記基準面の変位データとの差分をとって、前記加工面の実形状を算出する実形状データ算出部とを備えてなることを特徴とする機上測定装置。
【請求項５】
前記感度算出部は、前記加工面の変位データ及び基準面の変位データからそれぞれ前記正弦波の成分を分離した後、その振幅比を算出し、算出した振幅比を基に前記感度を算出するように構成されてなることを特徴とする請求項４記載の機上測定装置。
【請求項６】
前記測定運動付与部は、前記第１軸の座標値をａとし、その前記正弦波軌跡における第２軸の座標値をｂｓ（ａ）としたとき、下式によって定義される正弦波軌跡の測定運動を前記工作機械に付与するように構成されてなる請求項４又は５記載の機上測定装置。
ｂｓ（ａ）＝Ａ・ｓｉｎ［２π（ａ−ａ０）／λｃ］
但し、Ａは正弦波軌跡の片振幅、ａ０は初期位相である。また、λｃは前記正弦波軌跡の波長であり、前記テーブルと工具保持機構部とを前記走査方向に相対移動させたときに前記第１のレーザ変位計によって測定される前記加工面の変位データを波長分析し、その結果の最も少ない波長成分から選定される波長である。
【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２０１１−２０２３３（Ｐ２０１１−２０２３３Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６８９２５（Ｐ２００９−１６８９２５）
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年５月１３日に、社団法人精密工学会関西支部主催の、精密工学会２００９年度関西地方学術講演会にて発表
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（０００１４６８４７）株式会社森精機製作所 (204)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年５月１３日に、社団法人精密工学会関西支部主催の、精密工学会２００９年度関西地方学術講演会にて発表
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（０００１４６８４７）株式会社森精機製作所 (204)
【Ｆターム（参考）】
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