JP2873006B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、回転スピンドルを有する工作機械に使用す
るための接触用プローブであつて、スピンドル内に取り
付けられない形式のプローブ装置に関する。

従来の技術 良く知られているように、機械加工工程の間に被加工
物の寸法を自動的に測定したりその他の検査を行うため
に、接触用プローブは一般にマシニングセンターに使用
される。このような装置の重要な部類は1982年６月22日
付けで付与された米国再発行特許第30,975号の「オービ
タル・トランスフオーマーを備えたスピンドル・プロー
ブ」に例示されている。この特許は、通常の工具ホルダ
ーに取り付けられたハウジング内に収容されている電気
回路を示している。ハウジングからはスタイラスが外方
へ突出されており、このスタイラスはハウジングに対し
て位置変化即ち偏向できるようになつている。このスタ
イラスは回路に接続されていて、マシニングセンターの
ｘ軸、ｙ軸又はｚ軸に沿つて偏向されたときに電気信号
を発生するようになされている。このようにして、マシ
ニングセンターにより機械加工された被加工物を測定す
るために、この装置はスピンドル内に挿入されるのであ
る。スピンドルは次にスタイラスを被加工物の加工面に
接触させるように移動され、この接触によつてスタイラ
スが偏向されて信号を発生するようになされるのであ
る。被加工物と接触した後の各軸線に沿うスタイラスの
位置は、被加工物から切削できる材料の範囲を示してお
り、従つてこれにより機械加工の正確度が示されるので
ある。

発明が解決しようとする課題 上述した形式の装置が被加工物の測定又は検査のため
にマシニングセンターに使用された場合、二段階の完全
な工具搬送作動がそのマシニングセンターの工具交換機
構によつて遂行されねばならない。一方の搬送作動はプ
ローブ装置を工具保管マンガンからスピンドルへ移動さ
せるのに必要であり、又他方の搬送作動はプローブをス
ピンドルから工具保管マガジンへ戻すように移動させる
のに必要なのである。或るマシニングセンターに於て
は、工具搬送作動は10秒を超える時間を必要としてい
る。この工具交換作動の間は機械加工は全く行われず、
又、プローブがスピンドル内に位置されている間も機械
加工は全く行われない。又、同じ切断工具を使用する二
つの機械加工段階の間に被加工物を検査することもしば
しば望まれている。このような場合、工具をスピンドル
内に位置させたままで検査が遂行できるようにすること
は非常に有利となる。多数の工具交換作動に必要な時間
はこれによつて省略することができることになる。更
に、引き続く機械加工の精度向上が可能となる。何故な
らば、スピンドル内の工具の取り付けが変化されないで
維持されるからである。

課題を解決するための手段 スピンドルヘツド内に取り付けられた回転スピンドル
を有する工作機械に使用するプローブは、円筒部材と、
スピンドルから間隔を隔てて平行な関係状態となるよう
にこの円筒部材をスピンドルヘツドに取り付けるための
手段と、を含んで構成される。ピストンが該円筒部材に
形成された孔内を往復移動できるように配置されてお
り、又、このピストンと一緒に移動するように連結され
るた検知装置が備えられ、工作機械で加工される被加工
物に対して選択的に接触され、該被加工物の寸法を表す
信号を発生するようになされるのである。このプローブ
は更に、工作機械による機械加工段階が遂行されている
間は検知装置を円筒部材内に引つ込め、被加工物の検査
のために検知装置を伸長させて円筒部材の外部に位置決
めするための手段を含んでいる。検知装置が伸長された
ときに該検知装置を円筒部材に対して正確に位置決め
し、又、検知装置を周囲の構造部分から熱を遮断し円筒
部材の軸線との正確な繰返し可能な関係を維持するため
のエアー軸受を含む位置決め装置を備える。このプロー
ブは監視不要の状態で自動運転されるマシニングセンタ
ーやその他の工作機械に特に有用となることが予想され
る。

本発明の利点は、スピンドルヘツドと一緒に移動され
るように取り付けられるがスピンドルの内部に挿入され
る必要はない工作機械とともに使用するための被加工物
の検査プローブを提供することにある。

他の利点は、被加工物に対する一連の検査及び機械加
工に於る精度及び信頼性を高めるために、被加工物の検
査の間にスピンドルヘツドに対してプローブを正確に位
置決めできることにある。

他の利点は、被加工物の検査の間にスピンドルヘツド
からプローブを断熱維持できることにある。

他の利点は、マシニングセンターとともに被加工物の
検査プローブを使用するために工具交換作業を実施する
必要性を排除し、これにより被加工物又はパートサイク
ルの時間を低減できることにある。

他の利点は、スピンドル内に取り付けられている同じ
切削工具で行われる二つの機械加工段階の間に、工具及
びスピンドルの間の取り付け関係状態を変化させること
なく、被加工物の検査を実施できるようにしたことにあ
る。これにより、切削寸法の精度は維持でき、仕上げ切
削を実際部分の測定に引き続いて実施でき、そして高度
の予測できる処理が可能となるのである。

これらの及びその他の利点は、添付図面とともに好ま
しい実施例に関する詳細な説明を確認することで更に明
白となろう。

好ましい実施例の説明 第１図はプローブ装置10を示しており、このプローブ
装置10は円筒部材12を備えていて、この円筒部材12はマ
シニングセンター又はその他の工作機械のスピンドルヘ
ツド14に取り付けられる。円筒部材12の孔18は軸線16を
有し、又、円筒部材12は孔軸線16がスピンドルヘツド14
に軸支されているスピンドル22の軸線、並びに、機械加
工工程を遂行するためにスピンドル内に挿入された切削
工具24の軸線と平行な関係状態となるように、ボルト20
による等の方法でスピンドルヘツド14に連結されてい
る。円形断面のピストン42が、円筒部材の孔18に沿つて
スライド移動できるように取り付けられ、ピストン42に
連結されているピストンロツド26を円筒部材内に引つ込
め、且つ又、円筒部材から外方へ部分的に該ピストンロ
ツドを伸長させるようになつている。部分検査装置28が
ピストンロツド26の一端に連結されており、ピストンロ
ツド26とともに円筒部材12内へ引つ込められ且つ又外方
へ伸長されるようになつている。このように、円筒部材
12は装置28のための保護ハウジングを形成しているので
ある。

検査装置28は米国再発行特許第30,9754号に関連して
上述したような形式の装置を含んで構成される。従つて
装置28は、スタイラス28a、ハウジング28b、ハウジング
28b内に収容されている電気回路（図示せず）を有して
いるのである。このスタイラスは孔の軸線16に沿つて配
向されており、スピンドルに対するその位置は知られて
いるのである。工作機械の作動を調整するために接続さ
れているコンピユータ制御装置（第１図には示されてい
ない）はスピンドルの位置を機械加工具の座標によつて
連続的に認識し、又、それ故にスタイラスの位置も連続
的に認識される。被加工物を検査するために、例えばそ
の被加工物に形成された穴の寸法や位置を測定するため
に、ピストン42が作動されてピストンロツド26を以下に
説明するように円筒部材の孔18から外方へ伸長させる。
これにより装置28は円筒部材の外方へ向けて部品測定位
置へ移動される。スピンドルヘツド14はこれによりスタ
イラス28aを被加工物に接触させるように移動され、接
触が生じるとスタイラスが偏向される。既に説明したよ
うに、スタイラスの偏向はハウジング28b内の回路によ
つて信号を発生させ、これにより接触の生じたことを制
御装置に認識させるのである。

装置28はレニシヨウ・リミテツドによつて販売されて
いるモデルNo.TP6 3Dプローブのような一般市場で入手
可能な装置を含んでなるのが有利である。この形式の装
置はハウジング28bから後方へ延在されているシヤフト2
8dを含んでおり、このシヤフト28dはピストンロツド26
の前端部に形成されている補完形の孔26a内に嵌め込ま
れている。装置28はこのようにして、ピストンロツド26
に対して同軸芯にて剛性的に取り付けられているのであ
る。この取り付けはピストンロツド26とシヤフト28dと
を連結するスクリユー30によって維持される。

装置28によつて発生された信号はシヤフト28d内に配
置されたコンダクタ28eを通して伝達されるのであり、
このコンダクタは可撓性のコンダクタ38に接続されてい
る。この可撓性のコンダクタ38は円筒部材12を壁面を貫
通形成されているスロツト12aを通して延在されてい
る。ピストンロツド26が第１図に示すように引つ込んだ
位置にあるとき、この可撓性の導電性部材、即ちコンダ
クタ38、は折り畳まれ、スクリユー34による等の方法で
円筒部材12に対して固定されるスロツトカバー32が形成
する包囲体の内部に保持される。導電性部材38はカバー
32に貫通形成されているポート36を通して延在される。
この導電性部材38はスピンドルヘツド14及びスピンドル
22と組合う工作機械を作動させるのに使用されているコ
ンピユータ制御装置に接続されている。従つて、装置28
によつて発生された信号のためのコンピユータ制御装置
に対する電気的通路が形成されているのである。

更に第１図を参照すれば円筒部材12の孔18が示されて
おり、この孔18は前部18a及び後部18bを有している。孔
の前部18aの直径は、該部分18aの孔壁面とピストンロツ
ド26との間隙が該部分18aに沿つてピストンロツド及び
センサー装置28を自由に移動できるようになすのに十分
な間隙となるように選定される。これと逆に、孔部分18
bの直径はピストンロツド26と部分18bの孔壁面との間に
実質的な間隙を形成できるように選定されるのである。
孔部分18bは孔壁面に形成されたテーパー40を有する。
環状空間18cがこのテーパーの小径部分と孔部分18aとの
間に形成されている。

第１図はピストンロツド26の後端に連結されているピ
ストン42を示している。ピストン42の前部はテーパー44
を含んでおり、このテーパーは円筒部材の孔壁面に形成
されているテーパー40と組合うのであり、又は、ピスト
ンロツド26が完全に伸長されたときにはテーパー40と部
分的に組合う。環状溝48a及び48bがピストン42に形成さ
れている。Ｏ−リング50a及び50bがそれぞれ環状溝48a
及び48bに嵌め込まれて、ピストン42と円筒部材の孔部
分18bの壁面との間に気密シールを形成している。

第１図は円筒部材12の後端に嵌め込まれたプラグ52を
示している。このプラグは、それを貫通形成されている
ポート54を除いて第１図に見て孔部分18bの右端部に気
密シールを形成している。又、環状溝56が第１図に見て
孔部分18bの直ぐ左側にて円筒部材12の壁面に形成され
ており、Ｏ−リング58を受け入れるようになつている。
このＯ−リング58はピストンロツド26と円筒部材12との
間に気密シールを形成している。ポート60がテーパー44
とＯ−リング58との間にて孔壁面を貫通形成されてお
り、空間18cと連通している。

ピストンロツド26及び装置28を円筒部材12の内方へ且
つ又外方へ移動させるために、エアーホース62及び64が
それぞれポート54及び60と、バルブ66との間に接続され
ている。バルブ66は組合う工作機械のコンピユータ制御
装置からの制御信号に応答して作動し、ポート54及び60
の何れか一方を選択的にエアー供給源68に接続するので
あり、他方は大気圧に解放する。エアー供給源68は2.11
〜6.33kg/cm²（30〜90psi）程度の圧力レベルのエアー
を供給し、工場や製造領域に於てよく見掛けられる圧力
エアー供給源を含むのが有利である。このようにして、
円筒部材12内へのピストンロツド26及び装置28の移動、
即ち、第１図に示すように伸長位置から引つ込み位置へ
移動させるために、バルブ66が作動されて3.52kg/cm
²（50psi）のノミナル圧力をポート60に与える一方、ポ
ート54に対しては大気圧の低いレベル圧力が与えられる
のである。ピストン42と孔部分18bの壁面との間の、Ｏ
−リング50a及び50bにより形成されている気密シール
が、孔部分18b内に二つの圧力領域を形成するのであ
り、第１図に示すように一方はピストン42の左側に、他
方は右側に形成される。左側の領域に於る圧力が右側領
域に於る圧力よりも高いので、ピストン42は右方へ移動
し、ピストンロツド26及び装置28を円筒部材12内へ引つ
込めるのである。

同様にして、ピストンロツド26及び装置28は、バルブ
66を作動させてポート54をエアー供給源68に接続させる
とともに、ポート60を大気圧に解放することによつて、
円筒部材12の外方へ伸長されるのである。エアー供給源
68からの3.52Kg/cm²（50psi）の圧力がピストン42を左
方へ移動させ、テーパー40と44とを当接関係状態とな
す。エアー供給源68は装置10が被加工物の測定に使用さ
れている間もポート54と接続されたままとされ、ピスト
ンロツド26及びセンサー装置28を円筒部材12に対して非
常に強固に保持し続ける。組合うテーパー40及び44は、
以下に説明する他の装置とともに、ピストンロツド26及
び装置28の軸線を円筒部材12の軸線16に対して正確に整
合させるように働くのである。

第２図は、円筒部材12から部分測定位置へと外方へ装
置28を移動させるために伸長されたピストンロツド26を
示している。この位置は、円筒部材からの工具24の端部
を超えて位置されるのが好ましい。通路70がピストン42
及びピストンロツド26を貫通形成されており、この通路
はそれらの軸線に沿つて中心に位置されている。この通
路70はピストン42の後端部からピストンロツド26に貫通
形成されている３個の穴72へ向けて互いに半径方向へ延
在されている。これらの穴72はピストンロツド26の回り
に第３図に示すように互いに等間隔で配置されており、
通路70の端部からピストンロツドを通して延在されてい
る。穴72の軸線72aは互いに120°の位置関係に高レベル
の公差にて位置決めされている。

ピストンロツド26が第２図に示すようなセンサー装置
28の位置へ伸長されると、穴72は孔部分18aの壁面領域7
4と整合するように移動される。領域74に於る孔径は最
小限、即ち、ピストンロツド26の移動に支障の無いでき
るだけ小さな寸法、となされている。ポート54はピスト
ンロツド26が第２図に示されたように伸長されたときに
エアー供給源68との接続を維持されるので、通路70の開
口部に近い孔部分18b内のエアー圧力は3.52Kg/cm²（50p
si）のノミナル圧力となる。領域74に於て壁面へ向けて
穴72から流出するこのような圧力のエアーは、ピストン
ロツド26を孔壁面から離れる方向へ押圧する。しかしな
がら穴72はピストンロツド26の回りに等間隔で備えられ
ているので、穴を流出するエアーは総合的に装置28及び
ピストンロツド26の軸線を円筒部材の孔の中心に正確に
整合させるように働くのである。これにより、エアー供
給源68、ピストンロツドに形成されている通路70及び穴
72、そしてテーパー40及び44によつて、装置28が測定位
置へと伸長されたときは常に装置28の軸線が円筒部材の
軸線16と再現可能に整合され、これにより部分検査に再
現性のある結果をもたらすのである。

第３図はピストンロツド26の回りに間隔を隔てられて
位置された穴72を示している。再現性のある結果に加え
て、これらの穴72は協働してピストンロツド26のための
エアー軸受として作用し、ピストンロツド26及び装置28
を円筒部材12及びスピンドルヘツド14から断熱するよう
に作用するのである。これにより、これらの構造部分に
於る温度変化がプローブ28の精度に何等の悪影響を及ぼ
すことも無いのである。

第４図はシール76を備えた装置10を示している。この
シール76は円筒部材のカバープレート78によつて所定位
置に保持されており、このカバープレートはボルト80に
よつて円筒部材に連結されている。

第５図はピストンロツド26が完全に引つ込められたと
きにゴミ等の異物が孔18内に進入するのを防止し、これ
により装置28を保護するようになされた閉じたシール76
を示している。

第６図は、制御装置84、工具保管マガジン86、工具交
換機構88を有するマシニングセンター82に取り付けられ
た装置10を示している。第６図は更に、部品に形成され
ている穴92の位置及び直径を測定するように、部品90の
測定を遂行するのに使用される円筒部材12から伸長され
た装置28を示している。勿論のことながら、装置10をス
ピンドルの中心線にできるだけ近づけることが好まし
い。

本発明の変更に於て、スピンドルヘツド14に形成され
た包囲体を、スピンドルヘツドに取り付けられた円筒部
材12等の変わりに装置28を保護して受け入れるように使
用することができることは理解されよう。更に又、上述
され示されたこれらの装置を基にして、センサー装置28
をその保護ハウジングの内部へ且つ又外部へと移動させ
るため、及びセンサー装置をその測定位置に正確に位置
させるために、その他の装置が使用できることも理解さ
れよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を引つ込んだ状態で示す断面
図。 第２図は第１図の実施例を伸長させた状態で示す断面
図。 第３図は第２図の線３−３に沿う断面図。 第４図は第２図の一部を詳細に示す詳細図。 第５図は第１図の線５−５に沿う断面図。 第６図は被加工物を検査するためにマシニングセンター
に取り付けられた第１図の実施例を示す斜視図。 10…プローブ装置、12…円筒部材、14…スピンドルヘツ
ド、18…円筒部材の孔、22…スピンドル、24…切削工
具、26…ピストンロツド、28…センサー装置、32…カバ
ー、36…ポート、38…コンダクタ、40,44…テーパー、4
2…ピストン、48a,48b…溝、50a,50b…Ｏ−リング、54,
60…ポート、58…ポート、62,64…ホース、66…バル
ブ、68…エアー供給源、70…通路、72…穴、76…シー
ル、78…カバープレート、82…マシニングセンター、84
…制御装置、86…工具保管マガジン、88…工具交換機
構。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23Q 17/20 B23Q 17/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物表面測定プローブと、被加工物を
   加工するために切削工具を駆動しスピンドルヘッドから
   離れる方向に延びて設けられた回転スピンドルを有する
   工作機械と、前記スピンドルヘッドが前記工作機械の座
   標軸線に沿って可動であり、前記座標軸線に沿って前記
   スピンドルヘッドの座標位置を監視する制御装置と、共
   に移動するために前記スピンドルヘッドに前記プローブ
   を装架する装架装置との組合せにおいて、 前記スピンドルが動いて前記スタイラスが被加工物表面
   に接触するとシグナルを発生する装置およびスタイラス
   を設けている感知装置と、 前記スタイラスが前記被加工物表面に接触した時に前記
   座標軸線に沿ってスピンドルヘッド座標位置を検知する
   ために前記シグナルを前記制御装置に伝達する装置と、 前記スタイラスを一端に設けた長い部材、前記切削工具
   が前記被加工物を加工する時に前記スタイラスを前記ス
   ピンドルヘッドに近接させるために前記長い部材を選択
   的に引っ込ませる引き込み装置、および前記被加工物が
   測定される時に前記スピンドルが延びている方向に前記
   スピンドルから外に延びて固定される位置へ延ばされる
   延び装置を設けた前記装架装置と、 前記長い部材が前記延びて固定される位置へ動かされる
   時に前記スピンドルヘッドに関して正確に繰返し可能な
   位置で前記スピンドルヘッドから前記スタイラスを遠ざ
   ける方向に移動するために前記長い部材上で作用するエ
   アー軸受を含む位置決め装置とを備えることにより、 前記スピンドルから切削工具を取り外すことなく前記ス
   ピンドルヘッドの動きによって前記制御装置が被加工物
   の座標測定を行い、前記プローブを動かすために前記ス
   ピンドルヘッドに前記プローブを設けたことを特徴とす
   るプローブ装置。
2. 【請求項２】前記装架装置は、少なくとも前記長い部材
   の一部を囲む孔を設けた円筒部材を更に備え、前記長い
   部材は少なくとも１つのエアー穴を設け、該エアー穴お
   よび前記孔がエアー軸受を形成することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のプローブ装置。
3. 【請求項３】前記孔の中心に前記長い部材を正確に設け
   るエアー軸受を形成するために前記長い部材は、その周
   囲に一連のエアー穴を離隔して有し、それによって正確
   に繰返し可能な位置で前記スタイラスを正確に配置する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のプロー
   ブ装置。