JP2001349718A - 外径測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワークの外径を精度良く測定できる低コストの
外径測定方法及び装置を提供する。 【解決手段】本発明に係る測定装置１０は、ヘッド２２
に基準穴２２Ａが形成され、該基準穴２２Ａに圧縮空気
が供給される。ワーク３０は、この基準穴２２Ａに挿入
され、このときの背圧がＡ／Ｅ変換器１８で検出され
る。前記ヘッド２２は、ベース２８のノズル２８Ａから
圧縮空気を噴射することにより浮上支持される。これに
より、ワーク３０に自動求心作用が働くと、ヘッド２２
がワーク３０に対して相対移動し、ワーク３０が基準穴
２２Ａの中心に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの外径を測
定する外径測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークの外径を測定する測定装置の一つ
として空気マイクロメータがある。従来の空気マイクロ
メータは、図９に示すように、測定ヘッド１に形成され
た穴２にワーク３を挿入し、該穴２にノズル４、４から
圧縮空気を穴２の軸と直交する方向に噴射してノズル４
の背圧を検出する。ノズル４の背圧は、ノズル４とワー
ク３との間隔に依存するので、予め求めたマスターの基
準値と比較することによって、前記検出値をワーク３の
外径寸法に換算できる。このような空気マイクロメータ
は、ワーク３と非接触で、高精度にワーク３の外径を測
定できる利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空気マイクロメータは、高い測定精度を得るために、ノ
ズル４、４を小径で、且つ均等に加工しなければなら
ず、測定ヘッド１の加工費が高い欠点があった。また、
ワーク３とノズル４との隙間を厳しく管理しなければな
らないため、測定ヘッド１の加工手順が複雑であり、ノ
ズル４を測定ヘッド１に組み付けた後で穴２を加工し、
さらにこの状態からノズル４の位置を調節しなければな
らなかった。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みて成された
もので、ワークの外径を精度良く測定できる低コストの
外径測定方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、ワークの外径を測定する外径測定方法にお
いて、ヘッドに形成された穴にワークを挿入して該挿入
位置で前記ワークを支持し、前記ヘッドを前記穴と直交
する方向にスライド自在に支持し、前記穴に流体を前記
穴の軸方向に供給して、該流体が穴内壁と前記ワークと
の隙間を通過する際の流体の背圧、流量、又は前記ワー
クが受ける抗力、或いは前記ワークの変位量を検出し、
該検出値を基準値と比較して前記ワークの外径に換算す
ることを特徴としている。

【０００６】また、本発明は前記目的を達成するため
に、ワークの外径を測定する外径測定装置において、前
記ワークを挿入する穴が形成されたヘッドと、該ヘッド
を前記穴と直交する方向にスライド自在に支持するヘッ
ド支持手段と、前記ワークを前記穴に挿入して該挿入位
置で前記ワークを支持するワーク支持手段と、前記穴に
流体を前記穴の軸方向に供給する流体供給手段と、該流
体供給手段で供給した流体が穴内壁と前記ワークとの隙
間を通過する際の流体の背圧、流量、又は前記ワークが
受ける抗力、或いは前記ワークの変位量を検出する検出
手段と、該検出手段で検出した検出値を基準値と比較し
て前記ワークの外径に換算する換算手段と、を備えたこ
とを特徴としている。

【０００７】本発明によれば、ヘッドの穴にワークを挿
入して該挿入位置でワークを支持するとともに、ヘッド
を穴と直交する方向にスライド自在に支持したので、穴
に流体を供給してワークに自動求心作用が働くと、ヘッ
ドがスライドしてワークが穴の中心に配置される。した
がって、流体の背圧、流量、又は前記ワークが受ける抗
力、或いは前記ワークの変位量を検出することによって
ワークの外径寸法を精度良く求めることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る外径測定方法及び装置の実施の形態について説明す
る。

【０００９】図１は、第１の実施の形態の測定装置１０
の構成を示すブロック図である。以下は、円柱状に形成
されたワーク３０の外径を測定する例であるが、測定装
置１０で測定するワーク３０の形状は、これに限定され
るものではなく、球、円錐やそれらを組み合わせた形状
等であってもよい。

【００１０】図１に示すように、空気源１２から供給さ
れる圧縮空気は、フィルタ１４で除塵され、レギュレー
タ１６で一定圧力に調整された後、Ａ／Ｅ変換器１８
（空気／電気変換器）内に設置された絞りを通り、コネ
クタ２６を介してヘッド２２内の基準穴２２Ａに該基準
穴２２Ａの軸方向に送気される。Ａ／Ｅ変換器１８は、
このときの圧力を、内蔵するベローズと差動変圧器とに
よって電気信号に変換し、管制部２０に出力する。ワー
ク３０の外径が異なる場合、圧力が微小変化し、管制部
２０は、変化した電気信号に基づいてワーク３０の外径
を算出し、算出したデータを例えば管制部２０のモニタ
上に表示する。

【００１１】前記フィルタ１４で除塵された圧縮空気
は、レギュレータ２４にも供給され、該レギュレータ２
４によって一定圧力に調整された後、コネクタ３４を介
してベース２８内に送気される。ベース２８にはヘッド
２２が載置され、前記圧縮空気によってヘッド２２が浮
上支持される。

【００１２】一方、ワーク３０は、剛体から成る支持部
材３２を介してアーム３６に取り付けられる。アーム３
６は、スライダ３８、３８を介して架台４０に摺動自在
に取り付けられるとともに、モータ４２の回転軸に連結
された送りねじ４４が螺合される。これにより、モータ
４２を駆動すると、送りねじ４４が回動し、アーム３６
が昇降する。

【００１３】アーム３６の上方には、リニアスケール４
６が設けられている。リニアスケール４６は、アーム３
６の昇降量を検出し、その検出信号を管制部２０に出力
する。管制部２０は、この検出信号に基づいてモータ４
２を駆動制御し、アーム３６の昇降量、即ち、ワーク３
０の上下方向の位置を調節する。

【００１４】図２は、ヘッド２２及びベース２８の側面
断面図である。

【００１５】ヘッド２２は、円柱状に形成され、その中
央部に基準穴２２Ａが形成される。基準穴２２Ａの下端
には、コネクタ２６が連結され、このコネクタ２６を介
して圧縮空気が基準穴２２Ａに供給される。基準穴２２
Ａの上部には、径の小さい絞り２２Ｂが設けられ、この
絞り２２Ｂとワーク３０との隙間を通って前記圧縮空気
が外部に吹き出される。絞り２２Ｂの内径Ｄは、要求さ
れる感度と、測定するワーク３０の外径ｄとによって設
定され、例えば、（Ｄ−ｄ）が１０〜１００μｍ程度に
なるように設定される。この（Ｄ−ｄ）が小さいほど感
度が良くなり、ワーク３０の外径ｄが少し変化しただけ
でも、Ａ／Ｅ変換器１８の検出値が大きく変化するよう
になる。

【００１６】一方、ベース２８は、円筒状に形成され、
その上面には多数のノズル２８Ａ、２８Ａ（２個のみ図
示）が形成されている。多数のノズル２８Ａ、２８Ａ
は、ベース２８の穴２８Ｂを中心に円周状に等間隔で配
置され、内部流路２８Ｃを介してコネクタ３４に連通さ
れる。また、ベース２８には、前記ヘッド２２が載置さ
れ、コネクタ２６及びエアホール２７が穴２８Ｂの内部
に配置される。これにより、コネクタ３４から基準穴２
２Ａに圧縮空気を供給すると、ノズル２８Ａ、２８Ａか
らヘッド２２の下面に向けて略均等に圧縮空気が噴射さ
れ、ヘッド２２が浮上した状態に支持される。

【００１７】次に上記の如く構成された測定装置１０の
作用について説明する。

【００１８】まず、図１に示したモータ４２を駆動して
アーム３６を下降させ、ワーク３０をヘッド２２の基準
穴２２Ａに挿入する。基準穴２２Ａに挿入したワーク３
０は、支持部材３２によってその挿入位置で支持され
る。

【００１９】次いで、空気源１２を駆動し、レギュレー
タ１６、２４で一定圧に調整した圧縮空気をそれぞれ、
ヘッド２２、ベース２８に供給する。

【００２０】ベース２８に供給された圧縮空気は、多数
のノズル２８Ａ、２８Ａからヘッド２２の下面に均等に
噴射される。これにより、ヘッド２２は、圧縮空気によ
って浮上した状態に支持され、基準穴２２Ａの軸と直交
する方向（即ち水平方向）にスライド自在になる。

【００２１】一方、ヘッド２２に供給された圧縮空気
は、コネクタ２６から基準穴２２Ａに、基準穴２２Ａの
軸方向に噴射される。噴射された圧縮空気は、ワーク３
０と絞り２２Ｂとの隙間を通り抜けて上部開口から外部
に吹き出す。このときの背圧は、ワーク３０と絞り２２
Ｂとの隙間の大きさ、即ちワーク３０の外径に依存する
ので、背圧をＡ／Ｅ変換器１８で検出し、管制部２０で
この検出値をマスターの基準値と比較することによって
ワーク３０の外径に換算できる。ここで、マスターの基
準値とは、測定に先立って、測定時と同じ条件でマスタ
ーを測定した値であり、測定条件を変える度に行われ
る。

【００２２】測定時におけるワーク３０には、絞り２２
Ｂとワーク３０との隙間を通り抜ける圧縮空気によって
自動求心作用（又は自動調心作用）が働く。ワーク３０
は、支持部材３２によって固定されているので、浮上支
持されているヘッド２２がワーク３０に対して相対移動
し、これによってワーク３０が基準穴２２Ａの中心に配
置される。したがって、圧縮空気は、ワーク３０の回り
に略均等に形成された隙間を通り抜けることになり、こ
のときの背圧を検出することによってワーク３０の外径
を精度良く測定できる。

【００２３】このように本実施の形態の測定装置１０に
よれば、ヘッド２２を圧縮空気によって浮上支持したの
で、ヘッド２２が水平方向にスライドし、ワーク３０が
自動的に基準穴２２Ａの中心に配置される。したがっ
て、ワーク３０の外径を精度良く測定できる。

【００２４】ところで、ワーク３０を自動的に基準穴２
２Ａの中心に配置するためには、ワーク３０をスライド
自在に支持することも考えられる。例えば、支持部材３
２にフローティング機構を設けることが考えられる。し
かし、この場合には支持部材３２の重量が増加し、アー
ム３６にかかる負荷が大きくなるので、装置全体が大型
化する。これに対し、測定装置１０は、支持部材３２に
フローティング機構等を設ける必要がないので、アーム
３６の負荷が小さく、装置全体を小型化できる。

【００２５】また、測定装置１０は、基準穴２２Ａに絞
り２２Ｂを設けたので、常に一定の精度でワーク３０を
測定できる。即ち、Ａ／Ｅ変換器１８の検出値は、ワー
ク３０の外径ｄと絞り２２Ｂの内径Ｄによってのみ変化
し、ワーク３０の挿入量に依存しないので、ワーク３０
の挿入量を高い精度で制御しなくても、常に一定の精度
でワーク３０の外径を測定できる。

【００２６】なお、上述した実施の形態は、背圧を検出
したが、これに限定するものではなく、圧縮空気の流量
を検出してもよい。この場合も上述した測定装置１０と
同様に、管制部２０が、検出値をマスターの基準値と比
較することによって、ワーク３０の外径を精度良く求め
ることができる。

【００２７】また、ワーク３０が受ける抗力やワーク３
０の変位量を検出してもよい。図３が示す測定装置４８
は、ワーク３０の受ける抗力を検出する装置であり、支
持部材３２が圧電ピックアップ５０を介してアーム３６
に取り付けられている。圧電ピックアップ５０は、ワー
ク３０が圧縮空気から受ける抗力を検出し、その検出信
号を管制部２０に出力する。この場合も、管制部２０が
検出値をマスターの基準値と比較することにより、ワー
ク３０の外径に換算できる。

【００２８】また、図４に示すように、ワーク３０の変
位量を検出してもよい。即ち、支持部材３２をアーム３
６に形成された穴３６Ａに貫通させ、軸受け（不図示）
等で該支持部材３２を垂直方向にスライド自在に支持す
る。そして、支持部材３２の上端をリニアスケール４６
に当接させ、リニアスケール４６でワーク３０の変位量
を検出する。ワーク３０は、圧縮空気がワーク３０を持
ち上げようとする抗力と、ワーク３０や支持部材３２の
重量とが拮抗する位置で浮上静止する。したがって、ワ
ーク３０の外径が変化すると、ワーク３０を持ち上げる
抗力も当然変化するので、ワーク３０の静止位置も変化
する。したがって、ワーク３０の変位量をリニアスケー
ル４６で検出し、該検出値をマスターの基準値と比較す
ることによってワーク３０の外径に換算できる。

【００２９】なお、ヘッド２２とベース２８の形状は、
上述した実施の形態に限定されるものではない。例え
ば、図５に示すヘッド５６は、外周面に全周にわたって
凸条部５６Ｂが形成される。一方、ベース５８は、静圧
流体軸受であり、レギュレータ２４から送気された圧縮
空気を、前記凸条部５６Ｂの上面、及び下面に吹き付け
ることにより、ヘッド５６を浮上支持する。これによ
り、ヘッド５６は、水平方向にスライドするので、自動
求心作用を受けたワーク３０が基準穴５６Ａの中心に配
置される。

【００３０】また、上述した実施の形態では、ヘッド２
２をフローティング機構によって浮上支持したが、ヘッ
ド２２が穴２２Ａの軸と直交する方向にスライドする構
造であればよい。例えば、図６に示すように、ヘッド２
２とベース２８との間に３個以上の玉６６、６６（２個
のみ図示）を配置してもよい。このヘッド２２は、玉６
６、６６が転がることにより、水平方向にスライドす
る。玉６６、６６の転がる範囲は、リング状の規制部材
６８によって規制される。

【００３１】また、紐（不図示）等でヘッド２２を吊設
することによってヘッド２２が略水平方向に移動するよ
うにしてもよい。

【００３２】なお、支持部材３２は、ワーク３０を着脱
自在に支持するものであればよく、例えばクランプ機構
によってワーク３０の端部を挟持してもよい。また、ワ
ーク３０が磁性体である場合には、支持部材３２の下端
に磁石を設けてワーク３０を吸着支持してもよい。ま
た、接着剤等によってワーク３０を支持部材３２に接着
し、ワーク３０を取り外す際に加熱してもよい。さら
に、図５に示したように、支持部材６０を円筒状に形成
し、該支持部材６０の内部を負圧発生源６２に連通して
もよい。この場合、負圧発生源６２を駆動することによ
り、エアが吸引され、ワーク３０が吸着支持される。な
お、図５の符号６４は、ゴム等から成るリング状のシー
ル材であり、これによってワーク３０の脱落が防止され
る。

【００３３】また、上述した実施の形態は、基準穴２２
Ａに絞り２２Ｂを設けたが、図５に示したように、絞り
２２Ｂのない円柱状の基準穴５６Ａであってもよい。こ
の場合には、基準穴５６Ａの内径Ｄ１を、図２に示した
内径Ｄと同様に、ワーク３０の外径ｄよりも若干大きい
値に設定する。これにより、ワーク３０の外径を測定で
きる。

【００３４】また、ワーク３０の先端部に、図７、図８
に示す求心作用部材７０、７２を取り付けて、自動求心
作用を効果的に得るようにしてもよい。図７に示す求心
作用部材７０は、半球状に形成され、図８に示す求心作
用部材７２は円錐状に形成される。この求心作用部材７
０、７２は、簡単に剥がれる接着、或いは磁力等によっ
て着脱自在にワークに取り付けられる。これにより、ワ
ーク３０の抵抗が減るとともに、圧縮空気がワーク３０
の外周部に均等に流れやすくなるので、自動求心作用が
効果的に得られる。したがって、ワーク３０が基準穴２
２Ａの中心に配置され易くなるので、測定精度が向上す
る。なお、求心作用部材７０、７２の形状は、上述した
ものに限定されず、流体がワーク３０の回りに略均等に
流れるような形状であればよく、例えば、球や円錐台、
或いは多角錘等であってもよい。

【００３５】なお、上述した実施の形態は、ヘッド２２
の基準穴２２Ａに圧縮空気を噴射したが、空気以外の気
体や液体を噴射してもよい。また、その流体の温度を制
御する温度制御手段を設けてもよい。

【００３６】また、上述した実施の形態において、Ａ／
Ｅ変換器１８から出力された検出信号を、管制部２０で
Ａ／Ｄ変換し、高周波成分を除去することにより、ワー
ク３０の振動成分を除去してもよい。これにより、測定
精度をさらに向上させることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る外径測
定装置によれば、ヘッドの穴にワークを挿入してその挿
入位置で支持するとともに、ヘッドを穴と直交する方向
にスライド自在に支持したので、自動求心作用を受けた
ワークが自動的に穴の中心に配置され、ワークの外径寸
法が精度良く測定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外径測定装置の実施の形態の構造
を示すブロック図

【図２】ヘッド及びベースを示す側面断面図

【図３】図１と異なる検出手段を有する外径測定装置を
示すブロック図

【図４】図１と異なる検出手段を有する外径測定装置の
特徴部分を示す側面図

【図５】図２と異なる形状のヘッド及びベースを示す側
面断面図

【図６】図２と異なるヘッドの支持構造を示す側面断面
図

【図７】ワークに取り付ける求心作用部材の一例を示す
側面図

【図８】ワークに取り付ける求心作用部材の一例を示す
側面図

【図９】従来装置の構造を示す断面図

【符号の説明】

１０…測定装置、１２…空気源、１６…レギュレータ、
１８…Ａ／Ｅ変換器、２０…管制部、２２…ヘッド、２
２Ａ…基準穴、２２Ｂ…絞り、２８…ベース、２８Ａ…
ノズル、３０…ワーク、３２…支持部材、３６…アー
ム、４２…モータ、４４…送りねじ、４６…リニアスケ
ール、７０、７２…求心作用部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 和雄 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社東京精密内 Ｆターム(参考） 2F066 AA22 BB06 FF08 FF09 FF40 HH02 HH10 HH12 JJ12 MM03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの外径を測定する外径測定方法に
   おいて、 ヘッドに形成された穴にワークを挿入して該挿入位置で
   前記ワークを支持し、前記ヘッドを前記穴と直交する方
   向にスライド自在に支持し、前記穴に流体を前記穴の軸
   方向に供給して、該流体が穴内壁と前記ワークとの隙間
   を通過する際の流体の背圧、流量、又は前記ワークが受
   ける抗力、或いは前記ワークの変位量を検出し、該検出
   値を基準値と比較して前記ワークの外径に換算すること
   を特徴とする外径測定方法。
2. 【請求項２】 ワークの外径を測定する外径測定装置に
   おいて、 前記ワークを挿入する穴が形成されたヘッドと、 該ヘッドを前記穴と直交する方向にスライド自在に支持
   するヘッド支持手段と、 前記ワークを前記穴に挿入して該挿入位置で前記ワーク
   を支持するワーク支持手段と、 前記穴に流体を前記穴の軸方向に供給する流体供給手段
   と、 該流体供給手段で供給した流体が穴内壁と前記ワークと
   の隙間を通過する際の流体の背圧、流量、又は前記ワー
   クが受ける抗力、或いは前記ワークの変位量を検出する
   検出手段と、 該検出手段で検出した検出値を基準値と比較して前記ワ
   ークの外径に換算する換算手段と、 を備えたことを特徴とする外径測定装置。