レーザビームの透過光方式によるスピンドル熱変位の直交3成分実時間同時評価システム

工作機械スピンドル部の三次元的熱変形挙動を光学的かつ定量的に計測・評価できるシステムを開発することを目的として本研究を遂行し,以下の成果を得た.1.測定治具としてスピンドル部に装着したテストバ-の変位を,小径レーザビームの透過光方式を応用し,運転中にリアルタイムで直交三成分同時に評価する方法を考案した.2.軸方向の変位測定には小球と楕円断面形状ビームを用いた.この結果,テストバ-が半径方向に±30μm程度移動しても,軸方向の測定精度には影響を及ぼさなかった.3.開発システムの測定精度は環境温度の影響を考慮しない場合,軸方向が2μm,半径方向が3μm程度であった.4.測定中環境温度の影響を受けるので,測定精度を高めるためにはレーザ発振器の温度制御を行うなどの方法を用いて,レーザ出力を長時間にわたって安定させることと,熱膨張の小さな装置構造にする必要がある.5.パーソナルコンピュータと本測定装置をオンライン接続する自動測定システムを構築した結果,長時間に及ぶ熱変位を機械運転中無人かつリアルタイムに測定・評価できた.6.出力安定性を高め,熱膨張に強い対称構造とした改良型システムの通常環境中での性能は,測定精度1μm,測定範囲0.4mm,光学系の熱安定性0.2μm/℃であった.7.開発システムで測定実験を行った結果,スピンドル部の熱変位の時定数と強制冷却の効果を同定することができた.したがって,本システムを用いて熱変位を補正するためのフィードフォワード冷却システムを構築することが可能になると思われる.以上のことより,本研究で開発した熱変位評価システムは十分な実用性を有していることが確認できた.

工作機械スピンドル部の三次元的熱変形挙動を光学的かつ定量的に計測・評価できるシステムを開発することを目的として本研究を遂行し,以下の成果を得た.1.測定治具としてスピンドル部に装着したテストバ-の変位を,小径レーザビームの透過光方式を応用し,運転中にリアルタイムで直交三成分同時に評価する方法を考案した.2.軸方向の変位測定には小球と楕円断面形状ビームを用いた.この結果,テストバ-が半径方向に±30μm程度移動しても,軸方向の測定精度には影響を及ぼさなかった.3.開発システムの測定精度は環境温度の影響を考慮しない場合,軸方向が2μm,半径方向が3μm程度であった.4.測定中環境温度の影響を受けるので,測定精度を高めるためにはレーザ発振器の温度制御を行うなどの方法を用いて,レーザ出力を長時間にわたって安定させることと,熱膨張の小さな装置構造にする必要がある.5.パーソナルコンピュータと本測定装置をオンライン接続する自動測定システムを構築した結果,長時間に及ぶ熱変位を機械運転中無人かつリアルタイムに測定・評価できた.6.出力安定性を高め,熱膨張に強い対称構造とした改良型システムの通常環境中での性能は,測定精度1μm,測定範囲0.4mm,光学系の熱安定性0.2μm/℃であった.7.開発システムで測定実験を行った結果,スピンドル部の熱変位の時定数と強制冷却の効果を同定することができた.したがって,本システムを用いて熱変位を補正するためのフィードフォワード冷却システムを構築することが可能になると思われる.以上のことより,本研究で開発した熱変位評価システムは十分な実用性を有していることが確認できた.