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製品への応用技術
製品への応用技術

超高精度・高速駆動を実現したCNC三次元測定機「LEGEX」

1.はじめに

近年、工作機械の加工精度が向上し、ワーク精度が飛躍的にアップしてきた。このような背景により測定機に求められる精度もアップし今までのμmオーダからサブμmオーダ、更にはナノメートルオーダの世界に進展しつつある。
そこで、ミツトヨは次世代CMMの一環として超高精度三次元測定機「LEGEXシリーズ」を開発し、ユーザニーズに応えるべく市場へ投入した。
ここではLEGEX開発に関連した基幹技術を説明し、LEGEXシリーズの仕様及び性能まで紹介する。

2.超高精度化実現へのアプローチ

2-1 基本構造

精度を追求するためにアッベのオフセット誤差を極力抑えるために門固定・テーブル移動形を採用。
更にFEM解析(図1)を駆使した最適構造設計を実現。

2-2 測長技術

3軸の基準となる測長系には最小分解能0.01μmを可能にした新開発のリニアエンコーダシステムと線膨張係数0.01x10-6/℃という熱膨張がほぼ“ゼロ”である結晶化ガラススケールを搭載し、超高精度化を実現し、かつ熱的安定性の向上も達成した。図2に検出原理図を示す。

図1 ベースのFEM解析例

図1 ベースのFEM解析例

図2 検出原理

図2 検出原理

2-3 駆動機構

各軸駆動ユニットを各軸キャリッジの重心近くに配置する「センター駆動」を実現することによって、加減速時の慣性モーメントを押え動的精度を向上させた。

2-4 振動対策技術

・内部振動
内部振動源である各軸モータと各軸案内ガイドとの振動遮断を行い、さらに当社独自の高剛性・低振動エアベアリングにより高精度で安定した案内を確保した。

・外部振動
設置場所の床振動から本体の精度を守るため、オートレベリング機能付き空気ばね式除振台を本体ベースの重心位置に配置した。従って外部振動に対して常に完全な除振効果を発揮でき安定した精度が確保される。

2-5 プローブ技術

超高精度測定のために開発したタッチトリガープローブMTP2000、高精度倣い測定と高精度ポイント測定を可能にしたMPP300を示す。

図3 超高精度タッチトリガー プローブMTP2000

図3 超高精度タッチトリガー
プローブMTP2000


図4 高精度倣い プローブMPP300

図4 高精度倣い
プローブMPP300


3.LEGEXシリーズ仕様

3-1 LEGEXシリーズ外観と仕様

LEGEXシリーズの代表としてLEGEX12128の外観図を図5に、シリーズ仕様を表1に示す。

図5 LEGEX12128 外観
図5 LEGEX12128 外観

表1 LEGEXシリーズ 仕様

  322 574 774/776 9106 12128 (12168)
Measuring
range (mm)
X 300 500 700 900 1200
Y 200 700 700 1000 1200/1600
Z 200 450 450/600 600 800
Resolution (um) 0.01
Accuracy
(um)
MPEE 0.8+2L/1000
(TP7M)
0.35+L/1000 (MPP300Q)
0.45+L/1000 (TP7M/MTP2000)
0.6+1.5L/1000 (MPP300Q)
0.8+1.5L/1000
(TP7M/MTP2000)
MPEP 0.1 0.45 (MPP300Q)
0.6 (TP7M/MTP2000)
0.6 (MPP300Q)
0.8 (TP7M/MTP2000)
MPETHP   1.4 (MPP300Q) 1.8 (MPP300Q)
Max. Velocity(mm/s) 200
Max. Acceleration(G) 0.85 0.1 0.05
Max.Workpiece(kg) 15 200 500 800 1000
Temperature range 18℃to 22℃
Release 2003 Dec. 2003 Dec. 2004 Apr. 2004 Jan. 2004 Feb.

4.LEGEXシリーズ性能評価

図6にLEGEX12128、図7にLEGEX9106をISO10360-2のCMM検査規格で検査した結果を示す。
赤のラインが精度の規格値で、測定位置30mmから1000mmまで各々5回繰返し測定を行った。

図6 LEGEX12128空間精度測定結果例

図6 LEGEX12128空間精度測定結果例

図7 LEGEX9106空間精度測定結果例

図7 LEGEX9106空間精度測定結果例

5.おわりに

超高精度三次元測定機「LEGEXシリーズ」の仕様と要素技術の一端を紹介した。今後更なる技術の向上を図りシリーズの性能・機能を充実させた新商品を開発して行く予定です。

[株式会社日刊工業新聞社 機械技術 2004/7月号掲載]