JPH0592353A - スピンドル熱変位の測定法 - Google Patents
スピンドル熱変位の測定法Info
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- JPH0592353A JPH0592353A JP25135191A JP25135191A JPH0592353A JP H0592353 A JPH0592353 A JP H0592353A JP 25135191 A JP25135191 A JP 25135191A JP 25135191 A JP25135191 A JP 25135191A JP H0592353 A JPH0592353 A JP H0592353A
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- spindle
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Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザビームを用いて、テストバーの直交三
成分の変位をスピンドル回転中に三成分同時に非接触測
定することにより、テストバーを傷つけずにリアルタイ
ムで変位を求めることができ、更に自動測定システムを
構築し、省力化を図ることも可能となるスピンドル熱変
位の光学式測定法を提供する 【構成】 テストバー１の下部と交叉する方向のレーザ
ビーム５ａと、これと直交しテストバー１の側部と交叉
する方向のレーザビーム５ｂとからなる直交レーザビー
ム５をテストバー１の先端側部と基端側部とに配設し、
テストバー１の先端に突起体６を設け、この突起体６と
交叉する方向であってテストバー１の回転軸方向Ｐとほ
ぼ直交する方向に先端交叉レーザビーム９を配設し、テ
ストバー１の変位に際して各レーザビーム５ａ・５ｂ・
９の交叉位置の変位によるビーム遮断量若しくはビーム
通過量を検知してテストバー１の変位を測定するスピン
ドル熱変位の測定法。
成分の変位をスピンドル回転中に三成分同時に非接触測
定することにより、テストバーを傷つけずにリアルタイ
ムで変位を求めることができ、更に自動測定システムを
構築し、省力化を図ることも可能となるスピンドル熱変
位の光学式測定法を提供する 【構成】 テストバー１の下部と交叉する方向のレーザ
ビーム５ａと、これと直交しテストバー１の側部と交叉
する方向のレーザビーム５ｂとからなる直交レーザビー
ム５をテストバー１の先端側部と基端側部とに配設し、
テストバー１の先端に突起体６を設け、この突起体６と
交叉する方向であってテストバー１の回転軸方向Ｐとほ
ぼ直交する方向に先端交叉レーザビーム９を配設し、テ
ストバー１の変位に際して各レーザビーム５ａ・５ｂ・
９の交叉位置の変位によるビーム遮断量若しくはビーム
通過量を検知してテストバー１の変位を測定するスピン
ドル熱変位の測定法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マシニングセンタに代
表される、工具回転型工作機械のスピンドルユニツト部
の三次元的熱変形挙動を、レーザビームを応用して非接
触で定量的に計測・評価するスピンドル熱変位の光学式
測定法に係るものである。
表される、工具回転型工作機械のスピンドルユニツト部
の三次元的熱変形挙動を、レーザビームを応用して非接
触で定量的に計測・評価するスピンドル熱変位の光学式
測定法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】一般にスピンドル熱変位の測定法は、高
精度のテストバーを測定治具としてスピンドル部に装着
し、数時間運転後のテストバーの直交三成分の変位から
スピンドル部の熱変形を評価するものである。
精度のテストバーを測定治具としてスピンドル部に装着
し、数時間運転後のテストバーの直交三成分の変位から
スピンドル部の熱変形を評価するものである。
【０００３】従来この方法でテストバーの変位を求める
際には、一旦運転を停止し、接触式測定器によって三成
分の変位を順次測定する手段がとられていた。
際には、一旦運転を停止し、接触式測定器によって三成
分の変位を順次測定する手段がとられていた。
【０００４】しかしこれでは測定に時間を要するので、
測定中にスピンドル部の温度が低下してしまい、正確な
変位が求められなかった。また人手を必要とするのでコ
スト的に高価であり、測定ミスを生ずる可能性があっ
た。その上接触測定であるからテストバーを損傷する恐
れもあった。
測定中にスピンドル部の温度が低下してしまい、正確な
変位が求められなかった。また人手を必要とするのでコ
スト的に高価であり、測定ミスを生ずる可能性があっ
た。その上接触測定であるからテストバーを損傷する恐
れもあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの欠
点を解決し、レーザビームを用いて、テストバーの直交
三成分の変位をスピンドル回転中に三成分同時に非接触
測定することにより、テストバーを傷つけずにリアルタ
イムで変位を求めることができ、更に自動測定システム
を構築し、省力化を図ることも可能となるスピンドル熱
変位の光学式測定法を提供するものである。
点を解決し、レーザビームを用いて、テストバーの直交
三成分の変位をスピンドル回転中に三成分同時に非接触
測定することにより、テストバーを傷つけずにリアルタ
イムで変位を求めることができ、更に自動測定システム
を構築し、省力化を図ることも可能となるスピンドル熱
変位の光学式測定法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。
明の要旨を説明する。
【０００７】工具回転型工作機械のスピンドル部にテス
トバー１を装着し、このテストバー１の変位を測定して
スピンドル部の熱変位を測定するスピンドル熱変位の測
定法において、テストバー１の下部と交叉する方向のレ
ーザビーム５ａと、これと直交しテストバー１の側部と
交叉する方向のレーザビーム５ｂとからなる直交レーザ
ビーム５をテストバー１の先端側部と基端側部とに配設
し、テストバー１の先端に突起体６を設け、この突起体
６と交叉する方向であってテストバー１の回転軸方向Ｐ
とほぼ直交する方向に先端交叉レーザビーム９を配設
し、テストバー１の変位に際して各レーザビーム５ａ・
５ｂ・９の交叉位置の変位によるビーム遮断量若しくは
ビーム通過量を検知してテストバー１の変位を測定する
ことを特徴とするスピンドル熱変位の測定法に係るもの
である。
トバー１を装着し、このテストバー１の変位を測定して
スピンドル部の熱変位を測定するスピンドル熱変位の測
定法において、テストバー１の下部と交叉する方向のレ
ーザビーム５ａと、これと直交しテストバー１の側部と
交叉する方向のレーザビーム５ｂとからなる直交レーザ
ビーム５をテストバー１の先端側部と基端側部とに配設
し、テストバー１の先端に突起体６を設け、この突起体
６と交叉する方向であってテストバー１の回転軸方向Ｐ
とほぼ直交する方向に先端交叉レーザビーム９を配設
し、テストバー１の変位に際して各レーザビーム５ａ・
５ｂ・９の交叉位置の変位によるビーム遮断量若しくは
ビーム通過量を検知してテストバー１の変位を測定する
ことを特徴とするスピンドル熱変位の測定法に係るもの
である。
【０００８】テストバー１の先端に小球６'を突出状態
に付設して突起体６を設け、この突起体６と交叉する方
向に配設した先端交叉レーザビーム９の断面をテストバ
ー１の回転軸方向Ｐ寸法である横寸法が縦寸法より短い
縦長楕円形状若しくは縦長長方形形状などの縦長形状に
形成したことを特徴とする請求項１記載のスピンドル熱
変位の測定法に係るものである。
に付設して突起体６を設け、この突起体６と交叉する方
向に配設した先端交叉レーザビーム９の断面をテストバ
ー１の回転軸方向Ｐ寸法である横寸法が縦寸法より短い
縦長楕円形状若しくは縦長長方形形状などの縦長形状に
形成したことを特徴とする請求項１記載のスピンドル熱
変位の測定法に係るものである。
【０００９】
【作用】各レーザビーム５ａ・５ｂ・９を各交叉位置に
近接状態若しくは交叉位置によりさえぎられるように配
設し、テストバー１の変位に際してこのさえぎり量(ビ
ーム遮断量若しくはビーム通過量)が変化する。
近接状態若しくは交叉位置によりさえぎられるように配
設し、テストバー１の変位に際してこのさえぎり量(ビ
ーム遮断量若しくはビーム通過量)が変化する。
【００１０】従って、例えばテストバー１の回転軸方向
ＰをＺ軸方向、この回転軸方向Ｐと直交する上下方向を
Ｙ軸方向、回転軸方向Ｐと直交する水平方向をＸ軸方向
とすると、Ｘ軸方向の変位は直交レーザビーム５・５の
レーザビーム５ｂ・５ｂのさえぎり量の検知で、Ｙ軸方
向の変位は直交レーザビーム５・５のレーザビーム５a・
５aのさえぎり量の検知で、Ｚ軸方向の変位は先端交叉
レーザビーム９のさえぎり量の検知で測定される。
ＰをＺ軸方向、この回転軸方向Ｐと直交する上下方向を
Ｙ軸方向、回転軸方向Ｐと直交する水平方向をＸ軸方向
とすると、Ｘ軸方向の変位は直交レーザビーム５・５の
レーザビーム５ｂ・５ｂのさえぎり量の検知で、Ｙ軸方
向の変位は直交レーザビーム５・５のレーザビーム５a・
５aのさえぎり量の検知で、Ｚ軸方向の変位は先端交叉
レーザビーム９のさえぎり量の検知で測定される。
【００１１】Ｚ軸方向の歪みやＺ軸方向に対するテスト
バー１の傾き度合は、直交レーザビーム５・５のさえぎ
り量の差を検知することにより検知されることとなる。
バー１の傾き度合は、直交レーザビーム５・５のさえぎ
り量の差を検知することにより検知されることとなる。
【００１２】
【実施例】本実施例の直交レーザビーム５・５は図１に
示すように半導体レーザ２から走査された小径のレーザ
ビーム５ａを、ハーフミラー３により直交する二本のレ
ーザビーム５ａ・５ｂに分割し、この二本のレーザビー
ム５ａ・５ｂのビーム通過量を光検出器４により検知す
るように構成し、この直交レーザビーム５・５二組をス
ピンドルに装着したテストバー１の先端側と基端側の二
カ所に設置し、Ｘ・Ｙ軸方向(回転軸直角方向)の変位を
測定する。
示すように半導体レーザ２から走査された小径のレーザ
ビーム５ａを、ハーフミラー３により直交する二本のレ
ーザビーム５ａ・５ｂに分割し、この二本のレーザビー
ム５ａ・５ｂのビーム通過量を光検出器４により検知す
るように構成し、この直交レーザビーム５・５二組をス
ピンドルに装着したテストバー１の先端側と基端側の二
カ所に設置し、Ｘ・Ｙ軸方向(回転軸直角方向)の変位を
測定する。
【００１３】このテストバー１の先端に小球６'を突出
状態にして埋め込んで突起体６を形成し、この突起体６
がテストバー１の回転軸方向Ｐとほぼ直交する方向の先
端交叉レーザビーム９をさえぎるように先端交叉レーザ
ビーム９の半導体レーザ７を配置し、Ｚ軸方向(回転軸
長手方向)の変位を測定する。
状態にして埋め込んで突起体６を形成し、この突起体６
がテストバー１の回転軸方向Ｐとほぼ直交する方向の先
端交叉レーザビーム９をさえぎるように先端交叉レーザ
ビーム９の半導体レーザ７を配置し、Ｚ軸方向(回転軸
長手方向)の変位を測定する。
【００１４】本実施例は、直交レーザビーム５・５の各
レーザビーム５ａ・５ｂの光軸中心付近をテストバー１
の交差位置の下面並びに側面が夫々さえぎるように半導
体レーザ２・ハーフミラー３・光検出器具４を配置す
る。このときのテストバー１のさえぎり位置(変位)は、
光検出器４で検出したビーム通過量から間接的に求める
ことができる。この直交レーザビーム５・５二組をテス
トバー１の両端付近に設置することにより、テストバー
１の傾きと回転軸直交面内のシフト量を評価できる。
レーザビーム５ａ・５ｂの光軸中心付近をテストバー１
の交差位置の下面並びに側面が夫々さえぎるように半導
体レーザ２・ハーフミラー３・光検出器具４を配置す
る。このときのテストバー１のさえぎり位置(変位)は、
光検出器４で検出したビーム通過量から間接的に求める
ことができる。この直交レーザビーム５・５二組をテス
トバー１の両端付近に設置することにより、テストバー
１の傾きと回転軸直交面内のシフト量を評価できる。
【００１５】同様にテストバー１先端に埋め込んだ小球
６'が、回転軸方向Ｐとほぼ直角な先端交叉にレーザビ
ーム９の光軸中心付近をさえぎるように半導体レーザ７
と光検出器８を配置する。このときの小球６'のさえぎ
り位置（変位）も光検出器８で検出したビーム通過量か
ら間接的に求められるが、図２に示すようにビーム断面
10が回転軸方向Ｐに対して縦長の楕円形状であるため、
テストバー１の回転軸直角方向の変位に対しては検出感
度が非常に鈍くなり、回転軸方向Ｐの変位のみが感度良
く検出される。
６'が、回転軸方向Ｐとほぼ直角な先端交叉にレーザビ
ーム９の光軸中心付近をさえぎるように半導体レーザ７
と光検出器８を配置する。このときの小球６'のさえぎ
り位置（変位）も光検出器８で検出したビーム通過量か
ら間接的に求められるが、図２に示すようにビーム断面
10が回転軸方向Ｐに対して縦長の楕円形状であるため、
テストバー１の回転軸直角方向の変位に対しては検出感
度が非常に鈍くなり、回転軸方向Ｐの変位のみが感度良
く検出される。
【００１６】これら三組のレーザビーム５・５・９を同
時に走査させることにより、回転中のテストバー１の直
交三成分の変位を機械の運転中にリアルタイムで三成分
同時に評価できる。
時に走査させることにより、回転中のテストバー１の直
交三成分の変位を機械の運転中にリアルタイムで三成分
同時に評価できる。
【００１７】またビーム通過量の検出、信号処理を自動
的に行ない、それをパーソナルコンピュータ18に取り込
んで変位を計算する。即ち、例えば図３に示すようにレ
ーザビーム５ａ・５ｂ・９のビーム通過量を検出して光
電変換し、電圧信号としてパーソナルコンピュータ18に
取り込む自動検出・信号処理システムを構築する。その
ため人手をまったく必要とせず、さらにレーザビームに
よる非接触測定なのでテストバーを傷つける心配はな
い。本実施例において回転中のテストバー１の変位を、
一定時間間隔で直交三成分同時に自動測定したところ、
三成分ともμmオーダーの高精度で評価できた。本図中
符号11は抵抗同調発振器、12はＯＰアンプ、13は増幅
器、14はバンドパスフィルタ、15はＲＭＳ/ＤＣコンバ
ータ、16は加算器、17はＡ−Ｄコンバータである。尚、
三組の光学系（半導体レザー２・７、光検出器４・８、
ハーフミラー３）は一つの基盤上に設置している。
的に行ない、それをパーソナルコンピュータ18に取り込
んで変位を計算する。即ち、例えば図３に示すようにレ
ーザビーム５ａ・５ｂ・９のビーム通過量を検出して光
電変換し、電圧信号としてパーソナルコンピュータ18に
取り込む自動検出・信号処理システムを構築する。その
ため人手をまったく必要とせず、さらにレーザビームに
よる非接触測定なのでテストバーを傷つける心配はな
い。本実施例において回転中のテストバー１の変位を、
一定時間間隔で直交三成分同時に自動測定したところ、
三成分ともμmオーダーの高精度で評価できた。本図中
符号11は抵抗同調発振器、12はＯＰアンプ、13は増幅
器、14はバンドパスフィルタ、15はＲＭＳ/ＤＣコンバ
ータ、16は加算器、17はＡ−Ｄコンバータである。尚、
三組の光学系（半導体レザー２・７、光検出器４・８、
ハーフミラー３）は一つの基盤上に設置している。
【００１８】図４は、小球６の代わりに、小円錐19をテ
ストバー１先端に埋め込んだ場合の実施例を示してお
り、図５は先端交叉レーザビーム９の断面20が楕円形で
なく、縦長長方形状に設定した場合の実施例を示してい
る。いずれもテストバー１の回転軸方向Ｐの変位を感度
良く測定できた。
ストバー１先端に埋め込んだ場合の実施例を示してお
り、図５は先端交叉レーザビーム９の断面20が楕円形で
なく、縦長長方形状に設定した場合の実施例を示してい
る。いずれもテストバー１の回転軸方向Ｐの変位を感度
良く測定できた。
【００１９】
【発明の効果】本発明の効果は以下のようにまとめられ
る。
る。
【００２０】１ 三組のレーザビームを同時に走査させ
ることにより、テストバーの直交三成分の変位を機械の
運転中にリアルタイムで三成分同時に測定できるので、
スピンドル部の熱変形を高精度で評価できる。
ることにより、テストバーの直交三成分の変位を機械の
運転中にリアルタイムで三成分同時に測定できるので、
スピンドル部の熱変形を高精度で評価できる。
【００２１】２ レーザビームを用いるため、テストバ
ーを傷つけることなく、μmオーダーの高精度でその変
位を検出できる。特に回転軸方向の変位の測定に関して
は、テストバー先端に小球を埋め込み、その小球がさえ
ぎるレーザビームの断面を縦長形状とすることにより、
回転軸方向の変位のみを感度良く検出できる。
ーを傷つけることなく、μmオーダーの高精度でその変
位を検出できる。特に回転軸方向の変位の測定に関して
は、テストバー先端に小球を埋め込み、その小球がさえ
ぎるレーザビームの断面を縦長形状とすることにより、
回転軸方向の変位のみを感度良く検出できる。
【００２２】３ 自動測定・処理のできるシステム構成
とすることができるため、長時間に及ぶスピンドル熱変
形が無人で評価できることになり、コスト的に有利であ
るとともに、人為的ミスを防げる。
とすることができるため、長時間に及ぶスピンドル熱変
形が無人で評価できることになり、コスト的に有利であ
るとともに、人為的ミスを防げる。
【００２３】４ 全光学系を一つの基盤上にコンパクト
にまとめたので機動性が高く、希望する場所へ簡単に持
ち運んで容易に測定が行なえる。
にまとめたので機動性が高く、希望する場所へ簡単に持
ち運んで容易に測定が行なえる。
【図１】本実施例のテストバーと光学系の関係を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】本実施例のテストバーの先端部を拡大した斜視
図である。
図である。
【図３】本実施例の自動測定システムのブロック図であ
る。
る。
【図４】本実施例のテストバー先端に小円錐を埋め込ん
だ別例斜視図である。
だ別例斜視図である。
【図５】本実施例のレーザビームの断面が縦長長方形状
の場合の別例斜視図である。
の場合の別例斜視図である。
１ テストバー ５ 直交レーザビーム ５ａ レーザビーム ５ｂ レーザビーム ６ 突起体 ６' 小球 ９ 先端交叉レーザビーム 10 ビームの断面 Ｐ 回転軸方向
Claims (2)
- 【請求項１】 工具回転型工作機械のスピンドル部にテ
ストバーを装着し、このテストバーの変位を測定してス
ピンドル部の熱変位を測定するスピンドル熱変位の測定
法において、テストバーの下部と交叉する方向のレーザ
ビームと、これと直交しテストバーの側部と交叉する方
向のレーザビームとからなる直交レーザビームをテスト
バーの先端側部と基端側部とに配設し、テストバーの先
端に突起体を設け、この突起体と交叉する方向であって
テストバーの回転軸方向とほぼ直交する方向に先端交叉
レーザビームを配設し、テストバーの変位に際して各レ
ーザビームの交叉位置の変位によるビーム遮断量若しく
はビーム通過量を検知してテストバーの変位を測定する
ことを特徴とするスピンドル熱変位の測定法。 - 【請求項２】 テストバーの先端に小球を突出状態に付
設して突起体を設け、この突起体と交叉する方向に配設
した先端交叉レーザビームの断面をテストバーの回転軸
方向寸法である横寸法が縦寸法より短い縦長楕円形状若
しくは縦長長方形形状などの縦長形状に形成したことを
特徴とする請求項１記載のスピンドル熱変位の測定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25135191A JPH0592353A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | スピンドル熱変位の測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25135191A JPH0592353A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | スピンドル熱変位の測定法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0592353A true JPH0592353A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17221539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25135191A Pending JPH0592353A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | スピンドル熱変位の測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0592353A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI796094B (zh) * | 2022-01-18 | 2023-03-11 | 台中精機廠股份有限公司 | 應用於工具機的熱變位量測系統及方法 |
| CN116520766A (zh) * | 2022-01-20 | 2023-08-01 | 台中精机厂股份有限公司 | 应用于工具机的热变位量测系统及方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60207742A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 工作機械の機上計測補正装置 |
| JPS6427044U (ja) * | 1987-08-09 | 1989-02-16 |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP25135191A patent/JPH0592353A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60207742A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 工作機械の機上計測補正装置 |
| JPS6427044U (ja) * | 1987-08-09 | 1989-02-16 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI796094B (zh) * | 2022-01-18 | 2023-03-11 | 台中精機廠股份有限公司 | 應用於工具機的熱變位量測系統及方法 |
| CN116520766A (zh) * | 2022-01-20 | 2023-08-01 | 台中精机厂股份有限公司 | 应用于工具机的热变位量测系统及方法 |
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