小径レーザビームを応用した精密ボールねじリード精度の光学式3点測定システム

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19560131
• Research Institution: Nagaoka National College of Technology
• Principal Investigator: 山田 隆一 Nagaoka National College of Technology, 機械工学科, 教授 (40110142)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 外川 一仁 独立行政法人国立高等専門学校機構長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (10197858)
• Keywords: ボールねじ / 光応用計測 / リード精度 / 3点法

Research Abstract

本研究の目的は高精度位置決め装置として欠かすことのできない存在である精密ボールねじリード精度を簡便かつ高確度に検出できる光学式非接触計測システムを開発することである.開発システムは光学式3点測定法の原理を適用することによってボールねじ溝形状を測定し,そこからねじ軸単体のリード精度とねじ軸の振れ回りの評価を行う.
まず,3光束の設置角度の検討を行った.らせん溝1周上に3組の光束を配置する場合,楕円断面上の3点測定となるが,このときに円断面上の3点測定の原理が適用できるものと見なし,真円度曲線の周波数毎の検出感度に差が出ない設置角度を決定した.
測定原理は光束の一部をねじ溝でさえぎり,その透過光量を4分割型光検出器で検出する透過光方式を採用する.4分割された各々の検出器の受光量から溝形状輪郭の不確かさを測定するが,このとき,光束の強度分布・断面形状と4分割型光検出器の寸法・形状とが測定精度および感度に大きな影響を及ぼすので,この影響を幾何光学の面からシミュレーション解析し,光源の種類と形状および4分割型光検出器の寸法と形状を決定した.
測定システム全体の構造設計と製作を行った.測定ユニットは3光束の相対的設置角度と取り付け精度,相互干渉を避けるための光学フィルタの取り付け精度等に留意して設計した.測定ユニット移動部は測定用ボールねじ,送り用ボールねじおよび案内用直動レールの平行度精度,測定用ボールねじの回転に同期した送り軸位置決め精度等に留意して設計した.精度を出す必要から,製作は外注とした.信号処理回路は自作した.データサンプリングおよびデータ処理・表示ソフトウエアをLabVIEWを用いて作成した.