JP2025004803A

JP2025004803A - 外径測定方法

Info

Publication number: JP2025004803A
Application number: JP2023104636A
Authority: JP
Inventors: 智也須永; Tomoya Sunaga
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2023-06-27
Filing date: 2023-06-27
Publication date: 2025-01-16

Abstract

【課題】タッチプローブによる研削部の外径の測定誤差を低減する。
【解決手段】本開示の一態様に係る外径測定方法は、円柱状のワークを中心軸周りに回転させつつ、研削工具によって研削するステップと、ワークを介して研削工具と対向配置されると共に、ワークの回転軸と略平行な移動軸に沿ってスライド可能なタッチプローブによって、ワークにおける研削部の外径を測定するステップと、を備えた外径測定方法である。研削部の外径を測定するステップよりも前に、ワークにおける非研削部の既知の外径を、異なる２箇所においてタッチプローブによって測定することによって、回転軸に対する移動軸の傾きを算出する。研削部の外径を測定するステップにおいて、算出した傾きを用いて、研削部の外径の測定値を校正する。
【選択図】図１

Description

本開示は、外径測定方法に関する。

数値制御工作機械を用いた円柱状のワークの研削加工では、研削部の外径を随時測定しつつ研削加工を行い、外径が所定の寸法公差内に到達した段階で、研削加工を終了する。
例えば、特許文献１には、研削部の外径を測定するための定寸装置を備えた複合加工機が開示されている。

特開２００２－１６０１３３号公報

発明者は、ワークの回転軸（すなわちワークの中心軸）と略平行な移動軸に沿ってスライド可能なタッチプローブによって、研削部の外径を測定する手法を検討してきた。
当該手法では、ワークにおける研削部の外径を測定する前に、ワークにおける非研削部の既知の外径をタッチプローブによって測定し、研削部の外径の測定値を校正していた。

しかしながら、ワークの中心軸とタッチプローブの移動軸とは、厳密には平行でない。そのため、上記手法では、研削部の外径の測定位置が、非研削部の既知の外径の測定位置（すなわち校正位置）から遠ざかる程、研削部の外径の測定誤差が大きくなる問題があった。

本開示は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、タッチプローブによる研削部の外径の測定誤差を低減可能な外径測定方法を提供する。

本開示の一態様に係る外径測定方法は、
円柱状のワークを中心軸周りに回転させつつ、研削工具によって研削するステップと、
前記ワークを介して前記研削工具と対向配置されると共に、前記ワークの回転軸と略平行な移動軸に沿ってスライド可能なタッチプローブによって、前記ワークにおける研削部の外径を測定するステップと、を備えた外径測定方法であって、
前記研削部の外径を測定するステップよりも前に、
前記ワークにおける非研削部の既知の外径を、異なる２箇所において前記タッチプローブによって測定することによって、前記回転軸に対する前記移動軸の傾きを算出し、
前記研削部の外径を測定するステップにおいて、
算出した前記傾きを用いて、前記研削部の外径の測定値を校正する。

本開示の一態様に係る外径測定方法では、ワークにおける非研削部の既知の外径を、異なる２箇所においてタッチプローブによって測定することによって、ワークの回転軸に対するタッチプローブの移動軸の傾きを算出する。そして、研削部の外径を測定するステップにおいて、算出した傾きを用いて、研削部の外径の測定値を校正する。
このような構成によって、タッチプローブによる研削部の外径の測定誤差を低減できる。

前記非研削部は、前記研削部の軸方向両端側に設けられた第１及び第２の非研削部を含み、前記傾きを算出する際、前記第１及び第２の非研削部のそれぞれの既知の外径を前記タッチプローブによって測定してもよい。このような構成によって、傾きを精度良く算出できる。

前記研削工具は、前記回転軸と平行な工具移動軸に沿ってスライド可能な工具装着部に着脱可能に装着されており、前記研削工具によって研削するステップよりも前に、前記工具装着部に他のタッチプローブを装着し、当該他のタッチプローブによって前記非研削部の外径を測定して既知としてもよい。このような構成によって、非研削部の外径を精度良く測定して既知とすることができる。

本開示によれば、タッチプローブによる研削部の外径の測定誤差を低減可能な外径測定方法を提供できる。

第１の実施形態に係る外径測定方法を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る外径測定方法を説明するための数値制御工作機械の一例を示す模式的な部分側面図である。比較例に係る外径測定方法を説明するための数値制御工作機械の一例を示す模式的な部分側面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
図１～図３を参照して、第１の実施形態に係る外径測定方法について説明する。図１は、第１の実施形態に係る外径測定方法を示すフローチャートである。図２は、第１の実施形態に係る外径測定方法を説明するための数値制御工作機械の一例を示す模式的な部分側面図である。図３は、比較例に係る外径測定方法を説明するための数値制御工作機械の一例を示す模式的な部分側面図である。

なお、当然のことながら、図２及び図３に示した右手系ＸＹＺ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。図２及び図３において、Ｚ軸はワーク１０の回転軸に一致しており、Ｘ軸方向はワーク１０の径方向において研削工具２２によって研削される方向である。

図２に示すように、本実施形態に係る外径測定方法では、研削工具２２によって研削された円柱状のワーク１０の研削部１３の外径をタッチプローブＴＰによって測定する。
なお、当該明細書において、円柱状は、円筒状を含む。

図１に示すように、まず、図２に示すワーク１０における異なる２箇所の非研削部１１、１２の既知の外径φ_１、φ_２を、タッチプローブＴＰによって測定する。そして、ワーク１０の回転軸に対するタッチプローブＴＰの移動軸の傾きを算出する（ステップＳＴ１）。

ここで、図２に示すように、タッチプローブＴＰは、ワーク１０を介して研削工具２２と対向配置されると共に、ワーク１０の回転軸と略平行な移動軸に沿ってスライドできる。但し、図２に示すように、タッチプローブＴＰの移動軸は、ワーク１０の回転軸と厳密には平行ではない。

なお、タッチプローブＴＰは、例えば複合加工機の下刃物台に搭載される。すなわち、図２に示すタッチプローブＴＰの移動軸は、例えば下刃物台の移動軸である。また、図２では、ワーク１０の回転軸に対するタッチプローブＴＰの移動軸の傾きが誇張して描かれている。

ステップＳＴ１におけるタッチプローブＴＰの動作について、より詳細に説明する。
図２に示す例では、まず、校正位置１（Ｚ軸座標ｚ_１）において、タッチプローブＴＰがＸ軸方向に移動してワーク１０に接触し、ワーク１０における非研削部（第１の非研削部）１１の既知の外径φ_１を測定する。図２に示すように、校正位置１（Ｚ軸座標ｚ_１）においてタッチプローブＴＰによって測定されたＸ座標がｘ_１であるとすると、校正位置１（Ｚ軸座標ｚ_１）における校正値ｃ_１＝φ_１／２－ｘ_１が得られる。

次に、タッチプローブＴＰが移動軸に沿って、校正位置２（Ｚ軸座標ｚ_２）まで移動する。そして、タッチプローブＴＰがＸ軸方向に移動してワーク１０に接触し、ワーク１０における非研削部（第２の非研削部）１２の既知の外径φ_２を測定する。図２に示すように、校正位置２（Ｚ軸座標ｚ_２）においてタッチプローブＴＰによって測定されたＸ座標がｘ_２であるとすると、校正位置２（Ｚ軸座標ｚ_２）における校正値ｃ_２＝φ_２／２－ｘ_２が得られる。

そのため、図２から容易に理解できるように、ステップＳＴ１において算出するワーク１０の回転軸に対するタッチプローブＴＰの移動軸の傾きαは、校正位置１、２におけるＺ軸座標ｚ_１、ｚ_２及び校正値ｃ_１、ｃ_２を用いて、次式（１）で表現できる。
α＝（ｃ_２－ｃ_１）／（ｚ_２－ｚ_１）・・・（１）

なお、図２に示す非研削部１１、１２のいずれか一方おける異なる２箇所において校正を行っても、傾きαを算出できる。但し、図２に示すように、研削部１３の軸方向両端側に設けられた非研削部１１、１２の両方において校正を行うことによって、傾きαを精度良く算出できる。
また、ステップＳＴ１は、後述するステップＳＴ３よりも前に行う必要があるが、後述するステップＳＴ２よりも後に行ってもよい。

図１に戻って、外径測定方法の説明を続ける。
次に、図１に示すように、ワーク１０を中心軸周り（すなわちＺ軸周り）に回転させつつ、研削工具２２によって研削する（ステップＳＴ２）。

図２に示す例では、研削工具２２は、ワーク１０の回転軸と平行な工具移動軸に沿ってスライド可能な工具装着部２１に着脱可能に装着されている。そして、研削工具２２は、ワーク１０の研削部１３をＸ軸正方向に押圧しつつ、Ｘ軸に平行な工具回転軸周りに回転すると共に、工具移動軸に沿ってＺ軸方向にスライドする。研削工具２２は、例えば砥石である。

なお、例えば、研削部１３のＺ軸方向の長さが、研削工具２２の径よりも小さい場合などには、研削工具２２はＺ軸方向にスライドしなくてもよい。すなわち、研削工具２２がＺ軸方向にスライド可能であることは必須ではない。また、研削工具２２の回転軸は、Ｘ軸に平行でなくてもよく、例えば、Ｚ軸に平行でもよい。

次に、図１に示すように、タッチプローブＴＰでワーク１０における研削部１３の外径φ_３を測定し、ステップＳＴ１において算出したタッチプローブＴＰの移動軸の傾きαを用い、研削部１３の外径φ_３の測定値を校正する（ステップＳＴ３）。

具体的には、図２に示すように、タッチプローブＴＰが移動軸に沿って、測定位置（Ｚ軸座標ｚ_３）まで移動する。そして、タッチプローブＴＰがＸ軸方向に移動し、ワーク１０における研削部１３の未知の外径φ_３を測定する。ここで、図２に示すように、測定位置（Ｚ軸座標ｚ_３）における校正値ｃ_３は、式（１）から得られた傾きαを用いて、次式（２）によって算出できる。
ｃ_３＝ｃ_１＋α×（ｚ_３－ｚ_１）・・・（２）

そのため、測定位置（Ｚ軸座標ｚ_３）においてタッチプローブＴＰによって測定されたＸ座標がｘ_３であるとすると、校正値ｃ_３を用いて校正したｘ_３＋ｃ_３は、研削部１３の外径φ_３の半分（すなわち研削部１３の半径φ_３／２）に等しい。従って、研削部１３の外径φ_３は、式（２）から得られた校正値ｃ_３を用いて、測定されたＸ座標ｘ_３を校正する次式（３）によって算出できる。
φ_３＝（ｘ_３＋ｃ_３）×２・・・（３）

最後に、図１に示すように、ステップＳＴ３において得られた研削部１３の外径φ_３が所定の寸法公差内であるか否か判定する（ステップＳＴ４）。研削部１３の外径φ_３が寸法公差内であれば（ステップＳＴ４においてＹＥＳ）、研削加工を終了する。他方、研削部１３の外径φ_３が寸法公差内でなければ（ステップＳＴ４においてＮＯ）、研削部１３を研削するステップＳＴ２と、研削部１３の外径φ_３を測定するステップＳＴ３とを繰り返す。

ここで、図３に示す比較例に係る外径測定方法について説明する。
図３に示す比較例に係る外径測定方法では、タッチプローブＴＰの移動軸がワーク１０の回転軸と完全に平行であるとみなし、校正位置１（Ｚ軸座標ｚ_１）のみにおいて校正を行う。図３に示す比較例でも、図２と同様に、Ｚ軸座標ｚ_１における校正値ｃ_１＝φ_１／２－ｘ_１である。

他方、図３に示す比較例では、タッチプローブＴＰの移動軸の傾きを考慮していないため、測定位置（Ｚ軸座標ｚ_３）における校正値ｃ_３＝ｃ_１である。そのため、図３に示すように、研削部１３の外径φ_３の測定値を校正しても、タッチプローブＴＰの移動軸の傾きに伴う測定誤差が発生する。ここで、図３に示すように、研削部１３の外径φ_３の測定位置（Ｚ軸座標ｚ_３）が、非研削部１１の既知の外径φ_１の測定位置すなわち校正位置１（Ｚ軸座標ｚ_１）から遠ざかる程、研削部１３の外径φ_３の測定誤差が大きくなる。

これに対し、図２に示す本実施形態に係る外径測定方法では、ワーク１０における異なる２箇所の非研削部１１、１２の既知の外径φ_１、φ_２を、タッチプローブＴＰによって測定し、ワーク１０の回転軸に対するタッチプローブＴＰの移動軸の傾きαを算出する。そして、研削部１３の外径φ_３を測定する際、算出したタッチプローブＴＰの移動軸の傾きαを用いて、研削部１３の外径φ_３の測定値を校正する。
そのため、図３に示す比較例において発生する研削部１３の外径φ_３の測定誤差を低減できる。

なお、図１及び図２において、ステップＳＴ１（及びステップＳＴ２）よりも前に、工具装着部２１に図示しない他のタッチプローブを装着し、当該他のタッチプローブによって非研削部１１、１２の外径φ_１、φ_２を測定して既知としてもよい。例えば、工具装着部２１はＹ軸方向にも移動可能であり、工具装着部２１に装着した他のタッチプローブが非研削部１１、１２にＹ軸方向両側から接触することによって、外径φ_１、φ_２を直接測定する。このような構成によって、外径φ_１、φ_２を精度良く測定できる。ここで、工具装着部２１に対する他のタッチプローブと研削工具２２との工具交換は、例えば自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）によって行われる。

なお、本開示は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ワーク
１１、１２非研削部
１３研削部
２１工具装着部
２２研削工具
ＴＰタッチプローブ

Claims

円柱状のワークを中心軸周りに回転させつつ、研削工具によって研削するステップと、
前記ワークを介して前記研削工具と対向配置されると共に、前記ワークの回転軸と略平行な移動軸に沿ってスライド可能なタッチプローブによって、前記ワークにおける研削部の外径を測定するステップと、を備えた外径測定方法であって、
前記研削部の外径を測定するステップよりも前に、
前記ワークにおける非研削部の既知の外径を、異なる２箇所において前記タッチプローブによって測定することによって、前記回転軸に対する前記移動軸の傾きを算出し、
前記研削部の外径を測定するステップにおいて、
算出した前記傾きを用いて、前記研削部の外径の測定値を校正する、
外径測定方法。
前記非研削部は、前記研削部の軸方向両端側に設けられた第１及び第２の非研削部を含み、
前記傾きを算出する際、前記第１及び第２の非研削部のそれぞれの既知の外径を前記タッチプローブによって測定する、
請求項１に記載の外径測定方法。
前記研削工具は、前記回転軸と平行な工具移動軸に沿ってスライド可能な工具装着部に着脱可能に装着されており、
前記研削工具によって研削するステップよりも前に、
前記工具装着部に他のタッチプローブを装着し、当該他のタッチプローブによって前記非研削部の外径を測定して既知とする、
請求項１又は２に記載の外径測定方法。