JPH071292A - 機械加工ラインのワーク自動測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械を測定機として使用してワークの高
精度な測定を行う。 【構成】 ワークＷが固定されるパレット１のそれぞれ
に予め機械用測定ブロック４，１４，５，１５と、ワー
クＷと同材質のワーク用測定ブロック６とを取り付け
る。工作機械のタッチプローブでワークＷの各部を測定
する際に、各測定ブロック４，１４，５，１５，６の測
定面を測定する。各測定面の実測値と予め設定された基
準座標値とから機械自体およびワークＷの伸縮誤差補正
量を近似的に算出する。これらの伸縮誤差補正量に応じ
てワークＷ各部の実測値を補正した上で、最終的な測定
値として出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＮＣ工作機械を中心と
して構成された機械加工ラインにおいて、ワークの寸法
をインラインで測定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタ等の多自由度の工作機
械を中心として構成されて、内燃機関のシリンダヘッド
等の加工を行なう機械加工ラインにおいて、そのワーク
の穴位置や面位置等の測定を行なう場合には、加工ライ
ンの途中に測定ステージを設けるとともに、この測定ス
テージに三次元測定機等を据え付けるようにしている。
そして、上記のようにインラインでワークの測定を行う
場合には、測定機本体の温度変形やワークの温度変形等
による影響を極力回避して安定した高精度な測定結果を
得るために、少なくとも測定機を空調機能付きのカバー
で覆って恒温室構造とするなどの対策がとられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような機械加工
ラインにおいては、同一ラインで加工すべきワークの種
類の追加や変更、加工手順の変更等が往々にして発生
し、それに応じて加工ステージ（工程）の追加や入れ換
えによるライン編成の変更が余儀なくされることがあ
る。

【０００４】このような場合には、加工ステージの入れ
換え等に応じて先の測定ステージの位置も変更しなけれ
ばならず、例えば特定の加工ステージと測定ステージと
を位置的に入れ換えるためには大規模な工事が必要とな
り、柔軟性の面で必ずしも十分でない。

【０００５】その一方、上記の機械加工ラインのなかに
余剰（休止中）の工作機械が含まれているような場合、
その工作機械の位置と新たに設置したい測定ステージの
位置とが一致するようであれば、工作機械自体の多自由
度機能を有効利用してその工作機械自体を三次元測定機
として利用することも可能ではある。

【０００６】しかしながら、工作機械自体を測定機とし
て利用しようとすると、前述したように季節による機械
自体の温度変化やワークの温度変化が不可避であるため
に、測定精度の上でこれらの温度変化を無視することが
できず、高精度の測定結果が望めない。

【０００７】本発明は以上のような背景のもとになされ
たもので、多自由度の工作機械を実質的に測定機として
理容しながらも高精度な測定を行えるようにした方法を
提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、パレット搬送
方式でワークを搬送しながらこのワークに対し各加工ス
テージのＮＣ工作機械により加工を施す一方、特定の加
工ステージでワークの穴位置および面位置等の測定を行
う機械加工ラインのワーク自動測定方法であって、前記
パレットのそれぞれに、工作機械自体の三次元方向の伸
縮誤差補正量を算出するのに必要な測定面をもつ機械用
測定ブロックと、ワークの伸縮誤差補正量を算出するの
に必要な測定面をもってワークと同材質のワーク用測定
ブロックとを予め取り付けておく。

【０００９】そして、前記工作機械の主軸に装着された
測定用プローブを測定用ＮＣプログラムに基づいて動か
して、ワークの所定の穴位置および面位置等とともに前
記各測定ブロックの測定面位置を測定し、前記各測定ブ
ロックの測定面の実測値と予め設定されたそれらの測定
面の基準座標値とに基づいて工作機械の各方向の伸縮誤
差補正量とワークの伸縮誤差補正量とを算出し、これら
の工作機械およびワークの伸縮誤差補正量に応じて前記
ワークの穴位置および面位置の実測値を補正した上で測
定値として出力することを特徴としている。

【００１０】

【作用】この方法によると、各測定ブロックの測定面に
あらわれた誤差量をもとに工作機械の各方向の伸縮誤差
補正量とワークの伸縮誤差補正量とを比例演算等により
近似的に算出し、これらの伸縮誤差補正量に応じてワー
クの穴位置や面位置等に関する実測値を補正して測定値
とすることにより、工作機械を測定機として使用しなが
らも高精度な測定結果が得られることになる。

【００１１】

【実施例】図２は本発明の一実施例を示す図で、内燃機
関のシリンダヘッドの機械加工ラインの例を示してい
る。

【００１２】図２に示すように、加工ステージＳ−１よ
りも前段のいくつかの前工程で機械加工が施されたワー
クは、加工ステージＳ−１〜Ｓ−３においてさらに別の
機械加工が施され、その後段の測定ステージＭ−１およ
びＭ−２においてワークは加工された穴や面が所定寸法
に仕上がっているかどうか測定される。そして、測定ス
テージＭ−１およびＭ−２を経たワークは再び加工ステ
ージＳ−４以降の各加工ステージＳ−４，Ｓ−５…にお
いて所定の機械加工が施される。

【００１３】前記ワークＷは、図１に示すようにパレッ
ト１に対し基準ブロック２とクランパー３等により予め
位置決め固定されていて、パレット１ごと図２の各ステ
ージ間を搬送されるとともに、パレット１は一つのワー
クＷの加工が終了するごとにそのワークＷを取り外した
上で循環再使用される。

【００１４】一方、前記パレット１には、一対の素片４
ａ，４ｂの互いに共通の面ｍ１，ｍ２およびｍ１１，ｍ
１２を内側と外側とになるように組み合わせた一対の機
械用測定ブロック４，１４と、台形状の一対の機械用測
定ブロック５，１５とが固定されているほか、パレット
１の上方には一対の穴Ｈ１，Ｈ２が形成されたワークＷ
と同材質のワーク用測定ブロック６が固定されている。

【００１５】そして、これらの各測定ブロック４，１
４，５，１５および６は各測定面の位置を測定すること
により、後述するように測定ステージＭ−１，Ｍ−２で
ワークＷの穴位置や面位置等を測定するにあたって、そ
の測定値の伸縮誤差補正量を算出する際に使用される。

【００１６】また、前記加工ステージＳ−１〜Ｓ−５お
よび測定ステージＭ−１，Ｍ−２は、図３に示すよう
に、タレット型のＮＣ工作機械７と、そのＮＣ工作機械
７のスピンドルヘッド８の自動交換を行う自動ヘッド交
換装置９と、前記ワークＷをパレット１ごと位置決め固
定して、そのワークＷの姿勢を所定の加工姿勢に変更す
るチルト−インデックス装置１０とを中心として構成さ
れている。

【００１７】そして、各加工ステージＳ−１〜Ｓ−５で
加工を行う際には、チルト−インデックス装置１０を搬
送装置１１側にシフトさせて、該搬送装置１１によって
搬送されてきたワークＷをチルト−インデックス装置１
０上に受け取って位置決めクランプした上で、そのチル
ト−インデックス機能によりワークＷを所定の加工姿勢
に位置決めする。

【００１８】その一方、ＮＣ型工作機械７は自動ヘッド
交換装置９のマガジン１２との間でスピンドルヘッド８
の入れ換えを行いながら、そのタレットヘッド上のスピ
ンドルヘッド８を適宜加工位置に割り出して、チルト−
インデックス装置１０上のワークＷに対して穴加工や面
削り加工等を施すことになる。

【００１９】さらに、前記測定ステージＭ−１，Ｍ−２
においては、複数のスピンドルヘッド８，８…のなかに
測定用プローブとしてのタッチプローブ１３が装着され
たものを予め含ませておくことにより、ＮＣ工作機械７
の多自由度機能を利用してワークＷの穴位置や面位置等
を測定することができる。

【００２０】次に、前記測定ステージＭ−１，Ｍ−２で
の作業内容を順を追って詳細に説明する。

【００２１】図３および図４に示すように、測定ステー
ジＭ−１，Ｍ−２のＮＣ工作機械７のＮＣ制御装置１６
には予め測定用ＮＣプログラムがダウンロードされてい
ることから、図３のチルト−インデックス装置１０上に
ワークＷが位置決め固定されると、ＮＣ工作機械７はス
ピンドルヘッド８に装着されたタッチプローブ１３をワ
ークＷに順次当てて穴位置や面位置等を測定することに
なるのであるが、それに先立って次のような処理を実行
する。

【００２２】すなわち、最初に図１の機械用測定ブロッ
ク４の測定面ｍ１，ｍ２にそれぞれタッチプローブ１３
を一回ずつ当てて各測定面ｍ１，ｍ２のＸ方向の位置を
測定するとともに、その上端の測定面ｆ１のＹ方向の位
置を測定する（図４のステップＳ１）。同様に、もう一
方の機械用測定ブロック１４の各測定面ｍ１１，ｍ１２
およびｆ２を測定する（ステップＳ２）。

【００２３】そして、前記測定面ｍ１，ｍ２の実測値の
平均座標値と、同じく測定面ｍ１１，ｍ１２の平均座標
値とを求めた上、各測定面ｍ１，ｍ２とｍ１１，ｍ１２
の基準座標値として予め設定された値と比較してその差
（ずれ量）を求め、さらに比例演算等を行って工作機械
７自体のＸ方向の近似的な伸縮誤差補正量を算出する。

【００２４】同様に、前記測定面ｆ１，ｆ２同士の実測
値の平均座標値を求めた上、その測定面ｆ１，ｆ２の基
準座標値として予め設定された値と比較してその差を求
め、さらに比例演算等を行って工作機械７自体のＹ方向
の近似的な伸縮誤差補正量を算出する（ステップＳ
３）。

【００２５】続いて、前記機械用測定ブロック５，１５
の測定面ａ１，ａ２の位置を測定し、その測定面ａ１，
ａ２の実測値の平均座標値を求めた上で、その測定面ａ
１，ａ２の基準座標値として予め設定された値と比較し
て差を求め、さらに比例演算等を行って工作機械７自体
のＺ方向の近似的な伸縮誤差補正量を算出する（ステッ
プＳ４，Ｓ５）。

【００２６】さらに、前記ワーク用測定ブロック６につ
いて、二つの穴Ｈ１，Ｈ２のＸ方向およびＹ方向でのピ
ッチをそれぞれ測定し、これらのピッチの実測値と予め
設定されている基準寸法とを比較しつつ比例演算等を行
って、ワークＷ自体のＸ方向およびＹ方向での伸縮誤差
補正量を近似的に算出する（ステップＳ６，Ｓ７）。

【００２７】以上のようにして各測定ブロック４，１
４，５，１５および６について各測定面の位置測定が終
了したならば、ワークＷのうち測定すべき穴や面にタッ
チプローブ１３を当てて、それらの穴位置や面位置等を
測定する（ステップＳ８）。

【００２８】そして、機械座標系からワーク座標系に座
標変換してワーク座標系を設定した上で、上記の測定に
よって得られたワークＷの穴位置や面位置等の実測値
と、先に求めた機械自体のＸ，Ｙ，Ｚ方向の伸縮誤差補
正量およびワークＷ自体のＸ，Ｙ方向の伸縮誤差補正量
との加減算を行って、実質的にワークＷ各部の実測値を
各伸縮誤差補正量で補正して最終的なワークの測定値を
算出する（ステップＳ９，Ｓ１０）。

【００２９】これにより、最終的に求められたワークＷ
の穴位置や面位置等の測定値には、温度変化による工作
機械７自体の伸縮誤差やワークＷ自体の伸縮誤差が考慮
されているので、測定精度の向上と測定結果の信頼性が
向上することになる。

【００３０】続いて、図３に示したチルト−インデック
ス装置１０の機能を利用してワークＷをインデックス回
転させ、図１および図５に示すようにワークＷの傾斜面
ｂ１，ｂ２がインデックス回転前の一般面ｂ３と平行と
なるように順次姿勢変更した上で、その傾斜面ｂ１，ｂ
２の穴位置や面位置等を測定することになるのである
が、それに先立って次のような処理を実行する。

【００３１】すなわち、上記のようにワークＷを所定角
度だけインデックス回転させたならば（ステップＳ１
１）、機械用測定ブロック５，１５のうちワークＷ側の
傾斜面ｂ１，ｂ２と同じ角度で傾斜している測定面ｃ
１，ｃ２についてＸ方向での２点の位置を測定する（ス
テップＳ１２）。

【００３２】そして、ワークＷが規定角度だけインデッ
クス回転した時に上記２点のＸ方向での座標位置がとも
に等しくなって基準座標値と一致するようにその基準座
標値が予め設定されていることから、上記の測定面ｃ
１，ｃ２についての２点のＸ方向の測定値と、基準座標
値、ならびに先に求めたＸ方向での機械自体の伸縮誤差
補正量とで加減算を行うことにより、インデックス回転
誤差補正量を近似的に算出する（ステップＳ１３）。

【００３３】そののち、ワークＷの傾斜面ｂ１，ｂ２の
穴位置や面位置等についての測定を行った上で、それら
の実測値と、先に求めたインデックス回転誤差補正量と
の加減算を行って、実質的にワークＷの傾斜面ｂ１，ｂ
２についての実測値をインデックス回転誤差補正量で補
正して最終的な測定値を算出する（ステップＳ１４，Ｓ
１５）。

【００３４】以上のようにしてワークＷの穴位置や面位
置等の測定が終了したならば、ＮＣ制御装置１６ではワ
ークＷの各部の加工寸法の適否判定を行った上で（ステ
ップＳ１６）、各測定値とその適否結果結果等を上位の
品質管理装置（例えばパーソナルコンピュータ）に記録
保管して測定作業を終了する（ステップＳ１７）。

【００３５】一方、図２に示した機械加工ラインで加工
すべきワークＷの追加や変更に応じて同図のライン編成
を変更する場合、例えば図２の加工ステージＳ−３，Ｓ
−５を図６のように測定ステージＭ−１，Ｍ−２に変更
し、同時に図２の測定ステージＭ−１，Ｍ−２を図６の
ように加工ステージＳ−３３，Ｓ−３４に変更する場合
には次のように処理する。

【００３６】すなわち、図３に示したように、加工ステ
ージであるか測定ステージであるかにかかわらず、いず
れのステージにもタッチプローブ１３が装着された測定
用のスピンドルヘッド８が予め装備されているものとす
れば、それまで加工ステージであったステージＳ−３，
Ｓ−５のＮＣ制御装置１６に測定用のＮＣプログラムを
ロードするだけで測定ステージＭ−１，Ｍ−２に直ちに
改造可能であり、同様にそれまで測定ステージであった
ステージＭ−１，Ｍ−２のＮＣ制御装置１６に加工用の
ＮＣプログラムをロードするだけで加工ステージＳ−３
３，Ｓ−３４に直ちに改造することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、多自由度
のＮＣ工作機械を実質的に測定機として利用しながら
も、パレットに付帯している測定ブロックの測定値をも
とに機械自体およびワークの伸縮誤差補正量を算出した
上で、この補正量に応じてワークの各部の実測値を補正
するようにしているので、恒温室等の設備を必要とする
ことなく測定精度の向上が図れるとともに、測定結果の
信頼性が向上する。

【００３８】また、ＮＣプログラムのロードのみで加工
ステージを測定ステージに、また逆に測定ステージを加
工ステージにそれぞれ改造可能であることから、ステー
ジの入れ換えを伴う機械加工ラインの編成替えが余儀な
くされた場合でも、大規模な工事を必要とすることなく
機械加工ラインの編成替えを行うことができるようにな
って、システム全体の柔軟性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用されるパレットの説明図で、
（Ａ）はパレットの正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の機械
用測定ブロックの拡大斜視図。

【図２】機械加工ラインの一例を示す概略説明図。

【図３】図２に示す機械加工ラインの各ステージでの構
成を示す説明図。

【図４】本発明の一実施例を示す処理手順のフローチャ
ート。

【図５】図１のワークの平面説明図。

【図６】図２の機械加工ラインでの編成替え後の概略説
明図。

【符号の説明】

１…パレット ４，１４…機械用測定ブロック ５，１５…機械用測定ブロック ６…ワーク用測定ブロック ７…ＮＣ工作機械 １３…タッチプローブ １６…ＮＣ制御装置 Ｍ−１，Ｍ−２…測定ステージ Ｗ…ワーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パレット搬送方式でワークを搬送しなが
   らこのワークに対し各加工ステージのＮＣ工作機械によ
   り加工を施す一方、特定の加工ステージでワークの穴位
   置および面位置等の測定を行う機械加工ラインのワーク
   自動測定方法であって、 前記パレットのそれぞれに、工作機械自体の三次元方向
   の伸縮誤差補正量を算出するのに必要な測定面をもつ機
   械用測定ブロックと、ワークの伸縮誤差補正量を算出す
   るのに必要な測定面をもってワークと同材質のワーク用
   測定ブロックとを予め取り付けておき、 前記工作機械の主軸に装着された測定用プローブを測定
   用ＮＣプログラムに基づいて動かして、ワークの所定の
   穴位置および面位置等とともに前記各測定ブロックの測
   定面位置を測定し、 前記各測定ブロックの測定面の実測値と予め設定された
   それらの測定面の基準座標値とに基づいて工作機械の各
   方向の伸縮誤差補正量とワークの伸縮誤差補正量とを算
   出し、 これらの工作機械およびワークの伸縮誤差補正量に応じ
   て前記ワークの穴位置および面位置の実測値を補正した
   上で測定値として出力することを特徴とする機械加工ラ
   インのワーク自動測定方法。