CNC 精密加工：精度はどのように検査・管理されているのか？

CNC工作機械の精度検査において、プローブを用いたリアルタイムの工程内測定は重要な方向性となっています。CNCのセットアップ中にプローブを使用することで、ワーク座標系を迅速に確立でき、手作業を削減し、オペレーターによるばらつきを排除できるため、座標系の精度を一定に保つことができます。 加工中、CNCは完成した形状の幾何学的精度を自動的に検査し、座標系や工具オフセットを補正することで、工程内補正を通じて最終的な部品の合格率を向上させることができます。.

タッチトリガー式プロービングの仕組み

ワークの精度を検査するために使用されるプローブは、測定方法によって分類することができ、タッチトリガー式やスキャニング式などがあります。タッチトリガー式プローブは、工作機械で最も広く使用されているタイプです。 一般的なタッチトリガー式プローブでは、スタイラスと測定面が接触すると、スタイラスがたわみ、内部のピボットを中心に回転します。これにより、スタイラスと支持構造との接触点における電気抵抗が変化します。この抵抗の変化が所定の閾値に達すると、プローブはトリガー信号を発生させます。.

トリガーは通常、立ち上がりが非常に急峻な矩形波の電気信号であり、その立ち上がり時間は一般的にマイクロ秒単位で測定されます。この立ち上がりエッジをラッチ信号として使用することで、取得された機械座標が接触位置を正確に表すことを確実にすることができます。高精度プローブでは、1 μmの測定精度を実現できます。.

工作機械上での測定において、プローブシステムは通常、プローブと受信機で構成されます。プローブは一般的に、工作機械のスピンドルに対応したツールホルダーに取り付けられ、受信機は工作機械上の固定位置に設置されます。使用前に、プローブの半径、全長、およびその他の関連パラメータを校正する必要があります。 スタイラスがワークピースに接触すると、トリガー信号がケーブル、赤外線、または無線によってCNCに送信されます。その後、CNCは検査または補正ルーチンに従って信号を処理します。.

マシンビジョンによる検査

マシンビジョン検査システムは、電荷結合素子（CCD）、レンズ、および光源を用いて、加工済みワークピース上の特徴点の画像を撮影します。 PCやCNC本体などの画像処理装置が、取得したデータを処理します。ソフトウェアアルゴリズムが画像の特徴を抽出し、それらをカメラのキャリブレーションパラメータと組み合わせることで、ワークの位置決めおよび測定に必要な物理的な位置や寸法を算出します。.

主なハードウェアには、産業用カメラ、レンズ、光源、保護ケース、補助ブラケット、およびケーブルが含まれます。光源は安定した照明を提供し、レンズは画像を焦点合わせし、カメラがそれを撮影します。.

タッチプローブ方式とは異なり、マシンビジョンは非接触方式であり、1回の撮影で円弧や曲線など、より複雑な形状を検査することができます。そのため、検査効率を向上させることができます。また、非常に小径の穴など、プローブでは確実に検査できない2次元形状についても、ビジョン方式には明らかな利点があります。.

インテリジェントなCNCシステムの発展に伴い、画像処理と機械制御の統合がますます進んでいます。i5などの新しいインテリジェントコントローラでは、画像処理ソフトウェアがCNCに完全に統合されており、検査システムとCNC制御間の同期性と柔軟性が向上しています。.

機械上のビジョンハードウェアの保護

ワークピースの有効な映像を得るため、CNCマシンのビジョンハードウェアは通常、スピンドルまたはツールタレットの近くに設置されます。切りくず、切削液、および空気中のミストは、カメラやレンズを汚染したり損傷させたりする可能性があります。 したがって、水、ミスト、切りくずによって測定精度が低下したり、カメラの寿命が縮まったりすることを防ぐためには、カメラ、レンズ、および関連部品を効果的に保護することが不可欠です。.