JP2010101740A - シャフトワーク計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 段付き軸形状に切削加工されたワークの軸方向の複数位置の外径寸法を効率良く計測することができるシャフトワーク計測装置を提供する。
【解決手段】 このシャフトワーク計測装置１１は、段付き軸形状に切削加工されたワークＷ1 の外径寸法を計測するものであり、ワークＷ1 を一定の姿勢で支持するワーク支持台１２と、非接触センサ装置１３と、センサ移動機構１４とを備える。非接触センサ装置１３は、ワーク支持台１２上に支持されたワークＷ1 の外径をセンサ部２４により非接触で計測する装置である。センサ移動機構１４は、非接触センサ装置１３のセンサ部２４をワーク支持台１２上のワークＷ1 に対して軸方向に相対的に移動させる機構である。
【選択図】 図２

Description

この発明は、旋盤等により段付き軸形状に切削加工されたワークの外径寸法を計測するシャフトワーク計測装置に関する。

この種のシャフトワーク計測装置として、タッチセンサや、差動トランス式の接触式変位測定器を用いて、ワークの外径面に接触した状態で外径寸法を計測するようにしたものが知られている。
特開２００７−１１１７８２号公報

しかし、上記したような接触式のシャフトワーク計測装置では、計測に時間がかかり非能率的であるという問題がある。特に、複数箇所の計測には時間がかかり過ぎる。

この発明の目的は、段付き軸形状に切削加工されたワークの軸方向の複数位置の外径寸法を効率良く計測することができるシャフトワーク計測装置を提供することである。
この発明の他の目的は、簡単な構成のセンサ部で高速に、かつ精度良く検出可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、複数の段差を持つ段付き軸形状のワークの各箇所の測定を容易に行うことができるものとすることである。

この発明のシャフトワーク計測装置は、段付き軸形状に切削加工されたワークの外径寸法を計測するシャフトワーク計測装置であって、前記ワークを一定の姿勢で支持するワーク支持台と、このワーク支持台上に支持されたワークの外径をセンサ部により非接触で計測する非接触センサ装置と、この非接触センサ装置の前記センサ部を前記ワーク支持台上のワークに対して軸方向に相対的に移動させるセンサ移動機構とを備えたものである。
この構成によると、非接触センサ装置のセンサ部を、センサ移動機構でワーク支持台に支持されたワークに対して軸方向に相対的に移動させることで、ワークの外径をセンサ部により非接触で計測する。そのため、段付き軸形状に切削加工されたワークの軸方向の複数位置の外径寸法を効率良く計測することができる。

この発明において、前記非接触センサ装置は、前記ワーク支持台に支持されたワークの片側に設置されて帯状光を帯幅方向がワーク中心と垂直となる方向へ照射する投光器と、前記ワークに関して前記投光器の反対側に設置されて前記投光器の照射した帯状光を受光しその帯状光のワークで遮断された範囲を検出可能な受光器とでなるセンサ部と、前記受光器の出力から前記ワークの外径値を求めて出力する出力処理部とを有するものとしても良い。
このように帯状光を用いると、例えばレーザ光線をスキャンさせるセンサに比べて、簡易な構成で高速の測定が行える。また透過型であるため、反射型に比べて簡単な構成でより精度の良い検出が可能となる。

この発明において、前記非接触センサ装置は、前記ワーク支持台上のワークの軸方向における複数の計測位置で前記センサ部の前記受光器の出力を得る計測位置設定部を有し、前記出力処理部は、各計測位置で計測された受光器の出力から、前記各計測位置に対応するワークの複数箇所の外径値を求めて出力するものとしても良い。
このように、計測位置設定部を設け、各計測位置で計測された受光器の出力から外径値を出力する構成とした場合、測定箇所の位置および測定箇所の個数を、ある程度自由に設定することが容易であり、複数の段差を持つ段付き軸形状のワークの各箇所の測定が容易に行える。

この発明のシャフトワーク計測装置は、段付き軸形状に切削加工されたワークの外径寸法を計測するシャフトワーク計測装置であって、前記ワークを一定の姿勢で支持するワーク支持台と、このワーク支持台上に支持されたワークの外径をセンサ部により非接触で計測する非接触センサ装置と、この非接触センサ装置の前記センサ部を前記ワーク支持台上のワークに対して軸方向に相対的に移動させるセンサ移動機構とを備えるため、段付き軸形状に切削加工されたワークの軸方向の複数位置の外径寸法を効率良く計測することができる。
前記非接触センサ装置が、前記ワーク支持台に支持されたワークの片側に設置されて帯状光を帯幅方向がワーク中心と垂直となる方向へ照射する投光器と、前記ワークに関して前記投光器の反対側に設置されて前記投光器の照射した帯状光を受光しその帯状光のワークで遮断された範囲を検出可能な受光器とでなるセンサ部と、前記受光器の出力から前記ワークの外径値を求めて出力する出力処理部とを有する場合、簡単な構成のセンサ部で、高速にかつ精度良く検出することができる。
前記非接触センサ装置が、前記ワーク支持台上のワークの軸方向における複数の計測位置で前記センサ部の前記受光器の出力を得る計測位置設定部を有し、前記出力処理部は、各計測位置で計測された受光器の出力から、前記各計測位置に対応するワークの複数箇所の外径値を求めて出力する構成である場合、複数の段差を持つ段付き軸形状のワークの各箇所の測定をより容易に行うことができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図７と共に説明する。図１は、この発明のシャフトワーク計測装置を備えたシャフト加工設備の概要を示す。このシャフト加工設備は、素材ワークＷ0 を段付き軸形状のシャフトワークＷ1 に切削加工する工作機械１と、この工作機械１に隣接して設置され、前記シャフトワークＷ1 の外径寸法を計測するシャフトワーク計測装置１１とを備える。工作機械１は２タレットタイプの旋盤からなる。ベッド２上に、主軸３と、この主軸３とで素材ワークＷ0 を両端から挟み付けて素材ワークＷ0 を回転自在に支持するテールストック４と、２台のタレット刃物台５Ａ，５Ｂと、これらを制御する制御盤６が設置されている。素材ワークＷ0 は主軸３により回転させられ、タレット刃物台５Ａ，５Ｂに取付けられた切削工具（図示せず）によって素材ワークＷ0 の周面が切削加工される。

図２および図３は、一部を破断して示すシャフトワーク計測装置１１の正面図および側面図である。このシャフトワーク計測装置１１は、ワーク支持台１２と、非接触センサ装置１３と、センサ移動機構１４と、装置全体を制御する制御盤４０とを備える。

ワーク支持台１２は、前記シャフトワークＷ1 を一定の姿勢で支持するものであり、図２のように、基台１５上に所定間隔を隔てて設けられた固定台１６と、テールストック１７とでなる。固定台１６は、その固定台基体１８から水平に突出する芯押し軸１９を有する。テールストック１７は、固定台１６の芯押し軸１９と軸方向に対向する芯押し軸２０と、この芯押し軸２０を軸方向に進退駆動する電動シリンダ等の進退駆動源２１とでなる。シャフトワークＷ1 は、その両端を前記固定台１６およびテールストック１７の芯押し軸１９，２０で押されて水平姿勢に支持される。前記各芯押し軸１９，２０は、図４に拡大して示すように、そのセンタとなる先端が円錐部１９ａ，２０ａとされている。また、シャフトワークＷ1 の両端には、センサ穴、すなわち芯押し軸１９，２０の円錐部１９ａ，２０ａの係合する円錐状凹部ａが形成されている。

前記基台１５上におけるワーク支持台１２の前記固定台１６およびテールストック１７よりもシャフトワークＷ1 寄りの位置には、ワーク支持台１２で支持する前のシャフトワークＷ1 を仮置きする仮置き台２２が設けられている。仮置き台２２は、前記固定台１６寄りの位置およびテールストック１７寄りの位置に、前記芯押し軸１９，２０の軸方向に対して垂直となる姿勢で設けられる一対の板片２３，２３からなる。これら板片２３の上端には、図５に正面図で示すように、シャフトワークＷ1 の両端軸部を支持するＶ字状の切欠部２３ａが設けられている。この切欠部２３ａは、図６（Ａ）に示すように、シャフトワークＷ1 の両端軸部を支持した状態で、その軸芯が前記芯押し軸１９，２０の軸芯より若干下位置となる深さ寸法に形成される。このように切欠部２３ａを形成することで、図６（Ｂ）のように、仮置き台２２に仮置きされているシャフトワークＷ1 の両端を、ワーク支持台１２の両芯押し軸１９，２０で挟むとき、芯押し軸１９，２０の円錐部１９ａ，２０ａによるシャフトワークＷ1 の円錐状凹部ａのガイドで、シャフトワークＷ1 が切欠部２３ａから浮き上がり、シャフトワークＷ1 を精度良く水平姿勢に支持することができる。

図２において、非接触センサ装置１３は、ワーク支持台１２上に支持されたシャフトワークＷ1 の外径を非接触で計測する装置であり、センサ部２４と、出力処理部２５と、計測位置設置部２６とを有する。センサ部２４は、図３のように、支持されたシャフトワークＷ1 を挟む片側に設置された投光器２７と、前記シャフトワークＷ1 を挟む他の片側に設置された受光器２８とでなる。投光器２７および受光器２８は、支持されたシャフトワークＷ1 の下側に位置してシャフトワークＷ1 の軸方向と直交する方向に延びるＵ字状のセンサ支持台２９の上向きの両端に、互いに向かい合うように設けられる。このセンサ支持台２９は、シャフトワークＷ1 の軸と平行に基台１５上に敷設されたガイドレール３０に直動軸受３１を介して載置されている。これにより、センサ部２４を構成する前記投光器２７および受光器２８は、シャフトワークＷ1 の軸と平行に移動自在とされる。

図７に概略図で示すように、前記投光器２７は、ＬＥＤなどからなる発光素子３２と、この発光素子３２から放射される光を帯状光に変換するコリメータレンズ３３とを有し、前記帯状光を帯幅方向が前記シャフトワークＷ1 の中心に対して垂直となる方向へ照射する。前記受光器２８は、前記投光器２７の照射した帯状光を集光する受光レンズ３４，３５と、受光した帯状光を電気信号に変換する受光素子３６とを有し、受光した帯状光のシャフトワークＷ1 で遮断された範囲を検出可能である。帯状光には、緑色の可視光線が、検出精度に優れる点で好ましい。

図２おいて、制御盤４０には、非接触センサ装置１３の出力処理部２５および計測位置設定部２６が設けられる。出力処理部２５は、前記センサ部２４の受光器２８の出力から、画像処理等により、シャフトワークＷ1 の外径値を求めて出力する手段である。計測位置設定部２６は、ワーク支持台１２上のシャフトワークＷ1 の軸方向における複数の計測位置で前記センサ部２４の出力を得る手段である。この計測位置設定部２６には、前記複数の計測位置のデータが外部から設定変更可能に入力される。また、制御盤４０には、前記計測位置設定部２６、または他の記憶部（図示せず）に、前記センサ部２４の移動開始位置や移動終了位置の各データも、外部から設定変更可能に入力される。

センサ移動機構１４は、非接触センサ装置１３のセンサ部２４を、ワーク支持台１２上のシャフトワークＷ1 に対して軸方向に相対的に移動させる手段である。ここでは、センサ移動機構１４は、基台１５の下位置に前記ガイドレール３０と平行に配置したボールねじ３７と、このボールねじ３７を回転駆動するモータ３８と、ボールねじ３７に螺合して前記センサ支持台２９に連結されたボールナット３９とで構成されている。これにより、モータ３８によるボールねじ３７の回転駆動で、センサ支持台２９がガイドレール３０に沿って水平移動でき、センサ支持台２９に支持されたセンサ部２４がワーク支持台１２上のシャフトワークＷ1 に対して軸方向に移動可能となる。センサ部２４の移動範囲は、仮置き台２２を構成する両板片２３，２３間の区間とされる。

上記シャフトワーク計測装置１１でのシャフトワークＷ1 の外径寸法の計測動作を以下に説明する。計測前に、非接触センサ装置１３のセンサ部２４は、例えば図２において、仮置き台２２の右側の板片２３に近い所定の移動開始位置で待機する。工作機械１で段付き軸形状に切削加工されたシャフトワークＷ1 は、図示しないローダで運ばれて、図２のように仮置き台２２の上に仮置きされる。このとき、シャフトワークＷ1 の両端の軸部は、図５のように仮置き台２２の両板片２３の上端のＶ字状切欠部２３ａに係合した状態で支持される。この状態で、ワーク支持台１２の固定台１６およびテールストック１７の芯押し軸１９，２０が、シャフトワークＷ1 の両端に対向する。

次に、ワーク支持台１２おけるテールストック１７の進退駆動源２１が、図６のように芯押し軸２０を進出させる。これにより、固定台１６およびテールストック１７の両芯押し軸１９，２０に挟まれて、シャフトワークＷ1 がワーク支持台１２上に水平姿勢で支持される。このとき、芯押し軸１９，２０の円錐部１９ａ，２０ａによるシャフトワークＷ1 の円錐状凹部ａのガイドで、シャフトワークＷ1 が仮置き台２２の両板片２３の切欠部２３ａから浮き上がり、シャフトワークＷ1 を精度良く水平姿勢に支持することができる。

次に、制御盤４０からの指令により、センサ移動機構１４のモータ３８が駆動され、センサ支持台２９がガイドレール３０に沿って図２における左側に水平移動する。つまり、非接触センサ装置１３のセンサ部２４が、ワーク支持台１２上のシャフトワークＷ1 に対して軸方向に移動する。移動範囲は、制御盤４０に設定された移動開始位置と移動終了位置の間である。移動するセンサ部２４では、その投光器２７から帯状光が照射され、投光器２７の照射した帯状光を受光器２８が受光し、受光器２８は帯状光のシャフトワークＷ1 で遮断された範囲を検出し、その検出値を出力する。非接触センサ装置１３の計測位置設定部２６は、ワーク支持台１２上のシャフトワークＷ1 の軸方向における予め設定された複数の計測位置で、センサ部２４の前記受光器２８の出力を得る。非接触センサ装置１３の出力処理部２５は、前記計測位置設定部２６で選択された前記受光器２８の出力から、前記各計測位置に対応するシャフトワークＷ1 の複数箇所の外径値を求めて出力する。これにより、段付き軸形状のシャフトワークＷ1 の複数箇所の外径値を、高速で精度良く計測することができる。例えば、レーザ光線をポリゴンミラーの回転でスキャンさせるセンサに比べて、簡易な構成で高速の測定が行える。また透過型であるため、反射型に比べて簡単な構成でより精度の良い検出が可能となる。

図８は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、図１に示したシャフト加工設備において、シャフトワーク計測装置１１のセンサ移動機構１４Ａとして、ワーク支持台１２をこれに支持されたシャフトワークＷ1 に対して軸方向に移動させる機構のものを用い、非接触センサ装置１３のセンサ部２４は位置固定としている。この場合、固定されたセンサ部２４に対してシャフトワークＷ1 が移動するので、センサ部２４がワーク支持台１２上のシャフトワークＷ1 に対して軸方向に相対的に移動することになる。その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。

この発明の一実施形態に係るシャフトワーク計測装置を装備したシャフト加工設備の概要を示す正面図である。 一部を破断して示す前記シャフトワーク計測装置の正面図である。 一部を破断して示す前記シャフトワーク計測装置の右側面図である。 仮置き台にシャフトワークを仮置きした状態を示す拡大正面図である。 仮置き台にシャフトワークを仮置きした状態を示す正面図である。 仮置き台上のシャフトワークをワーク支持台で支持する動作の説明図である。 非接触センサ装置のセンサ部の概略構成図である。 この発明の他の実施形態に係るシャフトワーク計測装置を装備したシャフト加工設備の概要を示す正面図である。

符号の説明

１１…シャフトワーク計測装置
１２…ワーク支持台
１３…非接触センサ装置
１４…センサ移動機構
２４…センサ部
２５…出力処理部
２６…計測位置設定部
２７…投光器
２８…受光器
Ｗ1 …シャフトワーク

Claims (3)

1. 段付き軸形状に切削加工されたワークの外径寸法を計測するシャフトワーク計測装置であって、前記ワークを一定の姿勢で支持するワーク支持台と、このワーク支持台上に支持されたワークの外径をセンサ部により非接触で計測する非接触センサ装置と、この非接触センサ装置の前記センサ部を前記ワーク支持台上のワークに対して軸方向に相対的に移動させるセンサ移動機構とを備えたシャフトワーク計測装置。
2. 前記非接触センサ装置は、前記ワーク支持台に支持されたワークの片側に設置されて帯状光を帯幅方向がワーク中心と垂直となる方向へ照射する投光器と、前記ワークに関して前記投光器の反対側に設置されて前記投光器の照射した帯状光を受光しその帯状光のワークで遮断された範囲を検出可能な受光器とでなるセンサ部と、前記受光器の出力から前記ワークの外径値を求めて出力する出力処理部とを有する請求項１記載のシャフトワーク計測装置。
3. 前記非接触センサ装置は、前記ワーク支持台上のワークの軸方向における複数の計測位置で前記センサ部の前記受光器の出力を得る計測位置設定部を有し、前記出力処理部は、各計測位置で計測された受光器の出力から、前記各計測位置に対応するワークの複数箇所の外径値を求めて出力する請求項１または請求項２記載のシャフトワーク計測装置。

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