発明の名称 穴形状測定装置 発行国 日本国特許庁（ＪＰ） 公報種別 公開特許公報（Ａ） 公開番号 特開平８−１４８３ 公開日 平成８年（１９９６）１月９日 出願番号 特願平６−１４０４１２ 出願日 平成６年（１９９４）６月２２日 代理人 【弁理士】 【氏名又は名称】三好 秀和 （外３名） 発明者 野田 豊 / 熊本 聰 要約 目的 穴加工装置に対して簡単な構成を追加するだけで、穴形状測定のためだけの被加工物の取り付け段取り作業を要することなく、高精度に穴の形状を測定し、複数穴加工において、特に真直度の悪いものについては加工途中で処理判断を可能にし、後工程の無駄を軽減することができる穴形状測定装置を提供することにある。 構成 穴加工工具３を軸線方向に往復動可能に有する穴加工装置の加工ヘッド１に、穴加工工具３の軸線位置に対してワークテーブル５あるいは加工ヘッド１の軸移動方向に所定量変位した位置に、穴加工工具３とは個別に穴加工軸線方向へ往復動可能に装着された測定バー１３を設け、測定バー１３に穴形状測定用センサ３１を取り付ける。 特許請求の範囲 【請求項１】 穴加工工具を軸線方向に往復動可能に有する穴加工装置の加工ヘッドの、前記穴加工工具の軸線位置に対してワークテーブルあるいは前記加工ヘッドの軸移動方向に所定量変位した位置に、前記穴加工工具とは個別に穴加工軸線方向へ往復動可能に装着された測定バーを有し、前記測定バーに穴形状測定用センサが装着されていることを特徴とする穴形状測定装置。 【請求項２】 前記測定バーは前記ヘッド部に設けられた複数個の穴加工工具の各々に対応して複数個設けられていることを特徴とする請求項１記載の穴形状測定装置。 【請求項３】 前記測定バーは自身の中心軸線周りに回転可能に設けられ、前記穴形状測定用センサは変位量センサにより構成され、前記測定バーの各回転位置にて前記変位量センサにより計測される変位量により穴の形状を測定することを特徴とする請求項１または２記載の穴形状測定装置。 【請求項４】 前記穴形状測定用センサは変位量センサにより構成されて前記測定バーの中心軸線周りに複数個装着され、その複数個の変位量センサの各々により計測される変位量に基づいて穴の形状を測定することを特徴とする請求項１または２記載の穴形状測定装置。 発明の詳細な説明 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、穴形状測定装置に関し、特にガンドリルマシンなどの穴加工装置により加工された穴の真直度などを測定する穴形状測定装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、ガンドリルマシンなどの穴加工装置により加工された穴の真直度などの測定は、穴加工完了後、被加工物を穴加工装置より取り外して別の形状測定装置によりアウトプロセス方式にて行われている。 【０００３】また従来、一つの被加工物に複数個の穴加工を行う場合には、加工された穴の出口付近の開口部において各穴の離間距離をスケールを使用して測定し、次の処理を行うか否かを決定している。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】アウトプロセス方式による穴形状測定は、被加工物を形状測定装置に取り付ける段取り作業が必要であり、また被加工物の形状測定装置に対する取り付け精度が形状測定精度に影響し、高精度の形状測定を行うことが難しい。 【０００５】また一つの被加工物に複数個の穴加工を行う場合において、一つの穴加工が完了する毎に作業者がスケールを使用して穴間距離を測定することは、実際上、不可能であり、現状は一つの被加工物におけるすべての穴加工が完了した後に、特に真直度の悪い穴については、その近傍の穴をどのように処理するかの判断を行っている。 【０００６】本発明は、上述の如き問題点に着目してなされたものであり、穴加工装置に対して簡単な構成を追加するだけで、穴形状測定のためだけの被加工物の取り付け段取り作業を要することなく、高精度に穴の形状を測定し、複数穴加工において、特に真直度の悪いものについては加工途中で処理判断を可能にし、後工程の無駄を軽減することができる穴形状測定装置を提供することを目的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成するため、本発明による穴形状測定装置は、穴加工工具を軸線方向に往復動可能に有する穴加工装置の加工ヘッドの、前記穴加工工具の軸線位置に対してワークテーブルあるいは前記加工ヘッドの軸移動方向に所定量変位した位置に、前記穴加工工具とは個別に穴加工軸線方向へ往復動可能に装着された測定バーを有し、前記測定バーに穴形状測定用センサが装着されていることを特徴としている。 【０００８】本発明による穴形状測定装置においては、穴加工装置が同時多軸穴加工機の場合、前記測定バーは前記ヘッド部に設けられた複数個の穴加工工具の各々に対応して複数個設けられていてよい。 【０００９】また本発明による穴形状測定装置においては、前記測定バーは自身の中心軸線周りに回転可能に設けられ、前記穴形状測定用センサは変位量センサにより構成され、前記測定バーの各回転位置にて前記変位量センサにより計測される変位量により穴の形状を測定すること、あるいは前記穴形状測定用センサは変位量センサにより構成されて前記測定バーの中心軸線周りに複数個装着され、その複数個の変位量センサの各々により計測される変位量に基づいて穴の形状を測定することを詳細な特徴としている。 【００１０】 【作用】上述の如き構成によれば、ワークテーブルに取り付けられた被加工物に対する穴加工工具による穴加工完了後に、被加工物をワークテーブルに取り付けた状態のまま、ワークテーブルあるいは加工ヘッドを軸移動させることにより、被加工物の掴み変えを要することなく、測定バーを穴の形状測定位置に位置させることができ、この穴形状測定位置にて測定バーが穴加工軸線方向へ前進移動することにより測定バーが穴内に進入し、測定バーに装着された穴形状測定用センサにより穴形状の測定が行われる。 【００１１】 【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。 【００１２】図１は本発明による穴形状測定装置が組み込まれた穴加工装置の一実施例を示している。穴加工装置は加工ヘッド１に長尺のガンドリル３が軸線方向、この場合、Ｘ軸方向に往復動可能に且つ回転可能に設けられている。ガンドリル３は、図示されていない送りねじなどによる周知の直動機構により軸線方向に往復駆動され、またモータなどの回転駆動機構により回転駆動され、ワークテーブル５上に取り付けられた被加工物Ｗに深穴ｈを穿孔する。 【００１３】ワークテーブル５はベース７上にＹ軸方向に移動可能に設けられており、このワークテーブル５のＹ軸移動は例えば数値制御装置により定量的に行われ、このワークテーブル５のＹ軸移動により被加工物Ｗの穴加工位置および穴形状測定位置の位置決めが行われる。 【００１４】加工ヘッド１には穴形状測定装置のフレーム９が配置位置調整シム１１を介して固定装着されている。フレーム９には測定バー１３がＸ軸方向に往復動可能に且つ自身の中心軸線周りに回転可能に設けられている。 【００１５】測定バー１３は、ガンドリル３の軸線位置に対してワークテーブル７のＹ軸移動方向に予め定義された所定量Ｌだけ変位した位置に配置されており、先端部に計測ヘッド１５が取り付けられている。 【００１６】測定バー１３は後端にてモータ１７と駆動連結され、モータ１７は測定バー１３を回転駆動する。モータ１７にはロータリエンコーダ１９が接続されており、ロータリエンコーダ１９は測定バー１３の回転角を計測する。 【００１７】ロータリエンコーダ１９は回転基準位置において原点パルス信号を出力するものであり、測定バー１３の回転角は、原点パルス信号出力時を零点とし、これよりロータリエンコーダ１９が出力するパルス信号のパルス数をカウントすることにより計測される。 【００１８】モータ１７はＸ軸移動体２１に搭載され、Ｘ軸移動体２１は、フレーム９に回転可能に取り付けられたＸ軸送りねじ２３とナット２５によって螺合し、Ｘ軸送りねじ２３の回転によりＸ軸方向に往復移動する。Ｘ軸送りねじ２３は、フレーム９に取り付けられたサーボモータ２７と駆動連結され、サーボモータ２７により回転駆動される。 【００１９】図２、図３に示されているように、計測ヘッド１５は測定バー１３の先端面に形成されたガイド部１３ａに案内されて径方向に配置位置変更可能にボルト２９によって固定装着されており、この計測ヘッド１５には渦電流式などによる非接触式の変位量センサ３１が取り付けられている。 【００２０】また計測ヘッド１５の中心部には計測ヘッド１５の先端面に開口した切屑除去用のエアーブロー孔３３が設けられている。 【００２１】ガンドリル３により加工された被加工物Ｗの深穴ｈの穴形状測定に際しては、ワークテーブル７をＹ軸移動方向に所定量Ｌだけ変位させ、被加工物Ｗを測定バー１３による穴形状測定位置に位置させる。これにより測定バー１３は被加工物Ｗの深穴ｈと対応する位置に位置することになる。 【００２２】次にサーボモータ２７を所定量駆動して送りねじ２３により測定バー１３をＸ軸移動体２１と共に所定量前進移動させる。これにより計測ヘッド１５は、深穴ｈ内に位置し、所定の計測位置に位置する。 【００２３】次にモータ１７を駆動して測定バー１３を自身の中心軸線周りに回転させる。これにより計測ヘッド１５は測定バー１３の中心軸線周りに回転し、深穴ｈの内周面との間隙寸法δに応じた信号を出力する。 【００２４】計測ヘッド１５の出力信号はロータリエンコーダ１９により計測される測定バー１３の所定回転角毎にサンプリングされ、間隙寸法δの最大値が位置情報（測定バー１３の回転角情報）と共に検出される。 【００２５】測定バー１３が所要角度回転すると、モータ１７が停止し、サーボモータ２７の逆転駆動により測定バー１３を元の位置まで後退させて計測ヘッド１５を深穴ｈより抜き出し、深穴ｈの形状測定を終了する。 【００２６】なお、この後退移動時にロータリエンコーダ１９が原点パルス信号を出力するまで測定バー１３をモータ１７により逆回転させ、測定バー１３を回転基準位置に復帰させてもよいし、あるいは測定バー１３を形状測定終了時の回転位置に位置させたままにし、次の深穴ｈの形状測定、即ち偶数回の計測時にその回転位置より測定バー１３を逆回転させて計測ヘッド１５により間隙寸法δを計測してもよい。測定バー１３の逆回転下にて間隙寸法δを計測する場合には、ロータリエンコーダ１９の出力パルス信号のパルス数をカウントするカウンタに予め補数を設定し、そのカウント値を減算すればよい。 【００２７】次に、図４を参照して上述の如き構成よりなる穴形状測定装置における穴形状測定のための信号処理要領の一例を説明する。 【００２８】計測バー１３が回転し、ロータリエンコーダ１９が原点パルス信号（Ｏ・ Ｒ・Ｇ）を出力すると、制御装置５１がこれを信号処理部５３より入力し、これをトリガ信号として信号処理部５３へリセット信号を出力する。 【００２９】信号処理部５３はリセット信号の入力によりカウンタ５５、レジスタ５７、ホルードアンプ５９を各々クリアする。 【００３０】計測バー１３の回転に伴いロータリエンコーダ１９が出力するシリアルパルス信号はタイミング回路６１に入力され、タイミング回路６１はクロック信号発生器６３のクロック信号に同期してカウント・ 比較信号をカウンタ５５とアンドゲート６５へ出力する。この信号によりカウンタ５５はカウント値をカウントアップする。 【００３１】このカウントタイミングをもってアンドゲート６５は偏差検出用コンパレータ６７の論理出力レベルを確認する。偏差検出用コンパレータ６７の論理出力レベルが”１”であれば、アンドゲート６５の論理出力レベルは、”１”となり、タイミング回路６１がこの信号を入力することによりサンプリング信号をアナログスイッチ６９とホールドアンプ５９とに出力する。 【００３２】ここで、偏差検出用コンパレータ６７の論理出力レベルが”１”であると云うことは、偏差検出用コンパレータ６７によるｎ時計測信号Ｓｎ（変位量センサ３１がｎ時に出力する計測信号）とｎ−χ時計測信号Ｓｎ−χ（変位量センサ３１がｎ−χ時に出力した計測信号）との比較において、Ｓｎ＞Ｓｎ−χである場合、すなわち測定開始時よりｎ時計測信号Ｓｎの出力時までの間で、ｎ時計測信号Ｓｎが最大値を示す場合である。 【００３３】アナログスイッチ６９はサンプリング信号の入力によりオン状態になり、計測信号アンプ７１により増幅された変位量センサ３１よりの計測信号Ｓ（なお、ここでは、Ｓ＝Ｓｎ）がホールドアンプ５９に入力される。これと同時にホールドアンプ５９のサンプリング端子にサンプリング信号が入力されることにより、ホールドアンプ５９は計測信号Ｓが測定開始時より最大値になった時点での計測信号Ｓをホールドする。この計測信号Ｓは、以降、ｎ−χ時計測信号Ｓｎ−χとして偏差検出用コンパレータ６７に与えられる。 【００３４】またこれと同時にレジスタ５７のロード端子がトリガされることにより、計測バー１３の回転角をストアしているカウンタ５５のデータ、即ち計測信号Ｓが測定開始時より最大値になった時点での計測バー１３の回転角がレジスタ５７に記憶される。 【００３５】以上の信号処理が計測バー１３の一回転の間で出力されるロータリエンコーダ１９の所定パルス数毎に実行されることにより、最終的にはホールドアンプ５９は、上述の間隙寸法δを示す計測信号Ｓの最大値が記憶され、レジスタ５７には計測信号Ｓが最大値である時の計測バー１３の回転角が記憶される。 【００３６】ホールドアンプ５９が記憶している計測信号Ｓ（なお、ここでは、Ｓ＝Ｓｎ−χ）は、最大偏差アナログ情報として制御装置５１へ出力されると共に、係数器７３、Ａ／Ｄ変換器７５によりディジタル信号に変換され、最大偏差ディジタル情報として制御装置５１へ出力される。またレジスタ５７が記憶している計測バー１３の回転角が最大偏位置情報として制御装置５１へ出力される。 【００３７】またホールドアンプ５９が記憶している計測信号Ｓは許容値コンパレータ７７に入力され、許容値コンパレータ７７は、許容値設定器７９に設定された許容値と計測信号Ｓとを比較し、計測信号Ｓ、換言すれば間隙寸法δが許容値より大きい場合に、論理出力レベルを”１”とし、制御装置５１へアラーム出力する。 【００３８】また計測信号アンプ７１により増幅された変位量センサ３１よりの計測信号Ｓはさらにアンプ８１により増幅されて制御装置５１へモニタ出力される。 【００３９】図５は本発明による穴形状測定装置を組み込まれた穴加工装置の他の実施例を示している。尚、図５に於いて、図１に対応する部分は図１に付した符号と同一の符号により示されている。この実施例においては、加工ヘッド１に２個のガンドリル３ａ、３ｂが設けられ、このガンドリル３ａ、３ｂによって同時２軸穴加工が行われる。これによりワークテーブル５上に取り付けられた被加工物Ｗに深穴ｈａとｈｂとが同時加工される。 【００４０】穴形状測定装置のフレーム９には二つの測定バー１３ａと１３ｂとがＸ軸方向に往復動可能に且つ自身の中心軸線周りに回転可能に設けられている。 【００４１】測定バー１３ａと１３ｂとはガンドリル３ａと３ｂとの軸間距離と同じ軸間距離をおいて互いに平行に設けられており、測定バー１３ａはガンドリル３ａの軸線位置に対してワークテーブル７のＹ軸移動方向に予め定義された所定量Ｌａだけ変位した位置に、測定バー１３ｂはガンドリル３ｂの軸線位置に対してワークテーブル７のＹ軸移動方向に予め定義された所定量Ｌｂだけ変位した位置に各々配置されている。この測定バー１３ａの変位量Ｌａと測定バー１３ｂの変位量Ｌｂとは互いに等しい。 【００４２】測定バー１３ａ、１３ｂの各々の先端部には変位量センサ３１ａ、３１ｂを有する計測ヘッド１５ａ、１５ｂが取り付けられている。 【００４３】測定バー１３ａと１３ｂは、共にＸ軸移動体２１に連結され、サーボモータ２７により回転駆動されるＸ軸送りねじ２３によりＸ軸方向に共に進退移動する。 【００４４】測定バー１３ｂの後端にモータ１７が駆動連結されており、モータ１７はタイミングベルト式伝動機構３５により測定バー１３ａと駆動連結され、測定バー１３ａと測定バー１３ｂとを同期回転駆動する。この場合、ロータリエンコーダ１９は測定バー１３ａと測定バー１３ｂの回転角を計測する。 【００４５】ガンドリル３ａ、３ｂにより加工された被加工物Ｗの深穴ｈａ、ｈｂの穴形状測定に際しては、ワークテーブル７をＹ軸移動方向に所定量Ｌａ（Ｌａ＝Ｌｂ）だけ変位させ、被加工物Ｗを測定バー１３ａ、１３ｂによる穴形状測定位置に位置させる。これにより測定バー１３ａ、１３ｂは各々被加工物Ｗの深穴ｈａ、ｈｂと対応する位置に位置することになる。 【００４６】次にサーボモータ２７を所定量駆動して送りねじ２３により測定バー１３ａと１３ｂをＸ軸移動体２１と共に所定量前進移動させる。これにより計測ヘッド１５ａ、１５ｂは、各々深穴ｈａ、ｈｂ内の所定の計測位置に位置する。 【００４７】次に、モータ１７を駆動して測定バー１３ａ、１３ｂを各々自身の中心軸線周りに回転させることにより、上述の実施例と同様の要領にて深穴ｈａとｈｂの形状測定が同時に行われる。 【００４８】この実施例では、ガンドリルを２軸としたが、この穴加工工具の軸数は２以上の複数個であってもよく、測定バーはその穴加工工具の軸数と同数だけその穴加工工具の相対位置関係と同じ相対位置関係をもって配置されればよい。 【００４９】図６は本発明による穴形状測定装置にて使用される計測ヘッド１５の他の実施例を示している。この実施例においては、計測ヘッド１５の中心軸線周りに複数個、図示例では４個の変位量センサ３１が互いに等間隔に設けられており、この４個の変位量センサ３１が各々深穴ｈの内周面との間隙量を計測する。 【００５０】この場合には測定バーと共に計測ヘッド１５を回転させる必要はなく、各変位量センサ３１の計測値より最大変位量が検出される。 【００５１】なお、本発明による穴形状測定装置にて使用される変位量センサ３１は渦電流式の変位量センサに限定されることはなく、これは光学式、電磁誘導式、光学式などのその他のアナログセンサ、ディジタルセンサであってもよい。 【００５２】また本発明による穴形状測定装置に於ける信号処理は、図４に示されているようなハードウェア構成によるもの以外に、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理により行うことも可能である。 【００５３】また本発明による穴形状測定装置は、加工ヘッド１が固定で、ワークテーブル５が軸移動する穴加工装置以外に、加工ヘッド１が例えばＹ軸方向へ軸移動する形式の穴加工装置にも適用され、この場合には、穴形状測定に際して加工ヘッド１がＹ軸方向へ軸移動すればよい。 【００５４】以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。 【００５５】 【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明による穴形状測定装置によれば、ワークテーブルに取り付けられた被加工物に対する穴加工工具による穴加工完了後に、被加工物をワークテーブルに取り付けた状態のまま、ワークテーブルあるいは加工ヘッドを軸移動させることにより、被加工物の掴み変えを要することなく、換言すれば穴形状測定のためだけの被加工物の取り付け段取り作業を要することなく、測定バーが穴の形状測定位置に位置し、この穴形状測定位置にて測定バーが穴加工軸線方向へ前進移動することによって測定バーが穴内に進入し、測定バーに装着された変位量センサなどによる穴形状測定用センサにより穴形状の測定が行われるから、この穴形状測定が被加工物の取付位置誤差を含むことなく高精度に、しかも能率よく行われる。 【００５６】また複数穴加工において、一つの穴の加工が完了する度に測定バーを穴内に進入させて穴形状測定が行われることにより、加工途中で特に真直度の悪いものについての処理判断が可能になり、後工程の無駄を軽減することができる。