JP4499222B2 - 内径測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエンジンのシリンダブロック、ホイールハブあるいはベアリング等の内径を測定するための内径測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
一般に、内径の測定には三次元測定器、キャリパゲージあるいはダイヤルゲージが用いられている。このような三次元測定器は三次元の空間にわたって製品の寸法、形状を求めるもので、一般的には、種々の形式のプローブによって測定点を検出し、三次元直交座標を読取るものである。このような三次元測定器で、種々の構造の部材の内径を測定する場合には、プローブの選定あるいは位置合わせ等、測定に時間を要し、迅速な測定を行うことは困難である。また、キャリパゲージあるいはダイヤルゲージ等を用いて内径を直接測定する場合には、簡便な測定は可能であるが、内径の中心を探し出すのが極めて困難であり、したがって、測定誤差が大きくなる。
【０００３】
本願発明は、このような事情に基づいてなされたもので、極めて簡単な構造を有しかつ高精度の内径測定を可能とする内径測定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明による内径測定装置は、被測定物を載置する支持台と、この支持台の中央部に配置され、支持台の被測定物載置面を含む平面内の原点を形成する測定基準ポストと、この測定基準ポストを中心として周方向に所定角度に離隔した少なくとも３つの位置で、この支持台上に載置された被測定物の内周面と前記原点との間の半径方向距離を測定する測距手段とを備え、前記測距手段は、前記測定基準ポストの周部に沿って互いに離隔して配置され、それぞれ測定基準ポストから半径方向に沿って移動可能な３つの接触子と、前記測定基準ポストに対するそれぞれの接触子の位置を検出する検出手段と、を備え、前記検出手段は、接触子と一体的に形成されかつ前記測定基準ポストの軸線に対して傾斜した傾斜面を有するテーパ板と、このテーパ板の傾斜面に係合し、接触子が半径方向に移動したときに軸線方向に沿って移動される接触子ロッドと、この接触子ロッドの移動量を検出する変位センサとを有し、３つの接触子のそれぞれが被測定物の内周面に当接したときの、各検出手段の検出値から、被測定物の内周面上のそれぞれの点の半径方向距離を測定し、これらの半径方向距離から、前記３つの点を通る円の径を算出し、被測定物の内径を測定可能としたことを特徴とする。
【０００７】
更に、各接触子を半径方向に駆動し、支持台上に載置された被測定物の内周面に当接させる駆動手段を更に備えることが有益である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図は本発明の好ましい実施形態による内径測定装置を示す。
図１から図５に示すように、本実施形態における内径測定装置１０は、両端が開口した円筒状のケーシング１２を備え、このケーシング１２の一端側に近接した部位に、剛性構造の計測ベース板１４を固定してある。この計測ベース板１４は、中央部に立設された円形断面を有する測定基準ポスト１６と、この測定基準ポスト１６を中心として周方向に所定角度に離隔した少なくとも３つの位置で、この支持台上に載置された被測定物Ｗの内周面と前記原点との間の半径方向距離を測定する測距手段とを備える。
【０００９】
更に、計測ベース板１４には、測定基準ポスト１６の周部に沿って略等間隔に３つの支持脚１８が配置されている。これらの支持脚１８は、それぞれの基端部を計測固定板１４に固定されており、先端部には、例えばホイールのハブである被測定物Ｗを支える支持台２０が固定される。これらの３つの支持台２０の先端面は、上記の測定基準ポスト１６の軸線と直交する平面内に配置され、被測定物載置面を形成する。
【００１０】
本実施形態では、上記の測距手段は、３つの後述する接触子２２を備え、これらの接触子２２を支えるガイド脚２４が計測ベース板１４上に配置されている。
これらのガイド脚２４は、測定基準ポスト１６の周部に沿ってほぼ等間隔に配置されている。これらのガイド脚２４はそれぞれ隣接する２つの支持脚１８の中間部に配置されており、その先端には、直線案内ユニット２６が取付けられている。これらの直線案内ユニット２６は、測定基準ポスト１６から放射状に各接触子２２を案内することができる。
【００１１】
図５に示すように、本実施形態における直線案内ユニット２６は、ベース２８とテーブル３０との間にクロスローラガイドを組込んだ高精度の直線案内機構で形成されており、このベース２８がガイド脚２４に固定される。符号３２，３４はそれぞれベース２８とテーブル３０とに取付けられた軌道台であり、これらの軌道台３２，３４の対向する部位の間にローラが保持されている。これらのローラにより、テーブル３０がベース２８に対して直線状に滑らかに移動することができる。
【００１２】
なお、直線案内ユニット２６は、このようなクロスローラガイドを組込んだ案内機構に限らず、高精度で接触子２２を案内できるものであれば、例えばボールねじあるいはスライド機構等どのような案内機構で形成してもよいことは明らかである。
【００１３】
このような直線案内ユニット２６の可動部材であるテーブル３０上に、接触子ガイド３６が取付けられ、この接触子ガイド３６の上面すなわちガイド脚２４と反対側の面に接触子２２が取付けられている。各接触子２２は、ケーシング１２の開口端から外部に露出した状態に配置される。
【００１４】
本実施形態の接触子２２は、接触子ガイド３６に取付けられる取付部２２ａと、この取付部２２ａから測定基準ポスト１６の軸線方向に延びる接触部２２ｂとを有するＬ字状に形成してあり、この接触部２２ｂが被測定物Ｗの孔の内周面に当接する。本実施形態では、各接触部２２ｂの外側すなわち被測定物Ｗの孔の内周面に当接する部位には接触ピン３８が取付けられ、内側すなわち測定基準ポスト１６に当接する部位には接触板４０が取付けられ、接触位置を高精度で位置決めすることができる。
【００１５】
図２および図４に示すように、接触子２２を半径方向に移動する駆動手段として、エアーシリンダ４２が計測ベース板１４に固定されている。本実施形態におけるエアーシリンダ４２は、測定基準ポスト１６の軸線方向に沿って配置されており、シリンダロッド４４の先端に設けたシリンダジョイント４６のシリンダピン４８に、Ｌ字状の駆動アーム５０の一端を連結してある。この駆動アーム５０は支点ピン５２を介してガイド脚２４に枢着され、他端が、接触子ガイド３６から突出する駆動ピン５４を介してこの接触子ガイド３６したがって接触子２２に連結される。
【００１６】
エアーシリンダ４２のシリンダロッド４４を伸張すると、図４に示すように、駆動アーム５０は支点ピン５２を中心として時計方向に回転され、したがって、接触子ガイド３６および接触子２２は、測定基準ポスト１６に近接した位置に配置される。測定基準ポスト１６に最も近接した位置に配置された状態では、各接触子２２の接触板４０がそれぞれ測定基準ポスト１６に当接する。一方、シリンダロッド４４を引込むと、駆動アーム５０は反時計方向に回転され、図４に２点鎖線で示す位置に向けて移動される。このとき、接触子ガイド３６および接触子２２は測定基準ポスト１６から離隔する方向に向けて半径方向に移動し、支持台２０上に被測定物Ｗが載置されている場合には、接触子２２の接触ピン３８がこの被測定物Ｗの孔の内周面に当接し、その位置に係止される。３つの接触子２２がほぼ等間隔に配置されかつほぼ同時に移動されることにより、３つの接触子２２が被測定物Ｗを押圧する力が互いにうち消され、したがって、被測定物Ｗは、支持台２０上で静止状態を維持する。
【００１７】
そして、このような接触子２２の測定基準ポスト１６からの移動量を検出するために、上述の接触子２２と共に測距手段を形成する検出手段が直線駆動ユニット２６を挟んで、エアーシリンダ４２の反対側に設けられている。
本実施形態における検出手段は、図２および図３に示すように、接触子ガイド３６に計測ベース板１４側で取付けられたテーパ板５６と、このテーパ板５６の傾斜面５８に当接しつつ測定基準ポスト１６の軸線方向に沿って移動可能な接触子ロッド６０と、この接触子ロッド６０の変位位置あるいは変位量を検出する変位センサ６２とを備える。接触子ロッド６０は、先端部にローラ６４を設けてあり、変位センサ６２のセンサロッド６６により、これらのローラ６４がテーパ板５６の傾斜面５８と係合する方向に付勢されている。このため、テーパ板５６の傾斜面５８にローラ６４が常に接触しており、接触子２２と共にテーパ板５６が測定基準ポスト１６に対して半径方向に移動する際に、このローラ６４がテーパ板５６の傾斜面５８上を転動する。符号６８は、接触子ロッド６０を測定基準ポスト１６の軸線方向に案内するリニアブッシュを示し、符号７０は、リニアセンサ６２を計測ベース板１４に保持するホルダを示す。
【００１８】
この内径測定装置１０により、被測定物Ｗとして例えばホイールのリムの内径を測定する場合には、次のように行う。
先ず、各エアーシリンダ４２のシリンダロッド４４を伸張する。シリンダロッド４４の先端に取付けられた駆動アーム５０により、接触子ガイド３６および接触子２２がケーシング１２の半径方向内方に移動し、接触子２２の接触板４０を計測基準ポスト１６に当接させ、図１に示す状態とする。このとき、接触子ロッド６０は図２および図３に示すように、最も上昇した位置にある。
【００１９】
次に、被測定物であるリムを支持台２０上に載置し、リムの孔内に接触子２２の接触部２２ｂを配置する。この後、各シリンダロッド４４をエアーシリンダ４２内に引込め、駆動ロッド５０および接触子ガイド３６を介して、各接触子２２を測定基準ポスト１６から離隔する方向に移動する。
【００２０】
接触子２２は、それぞれ直線案内ユニット２６で案内されつつ個々に移動し、それぞれリムの内周面に接触ピン３８が当接した位置で停止する。このときの、各接触子２２の移動量あるいは移動位置を、接触子ロッド６０を介して変位センサ６２で測定する。
【００２１】
３つの接触子２２が測定基準ポスト１６の周部に離隔して配置されているため、これらの接触子２２の接触ピン３８がリムの孔の内周面と当接したときに、これらの３つ接点を頂点とする三角形が形成される。これらの３つの頂点の位置を、測定基準ポスト１６の中心軸を原点とした座標上の位置データとして求め、これらの位置データを演算することにより、このリムの孔の内径を算出することができる。
【００２２】
すなわち、被測定物であるリムの孔の内周面は、これらの３つの接点を頂点とする三角形の外接円であるため、各頂点の座標からは種々の方法で算出することが可能である。例えば、以下のような手順で求めることができる。
【００２３】
先ず、この三角形の各頂点の座標から三平方の定理により、３つの辺の長さを求める。この後、３辺の長さから余弦定理を用いていずれかの角度を求め、更に、正弦定理からこの外接円の直径を求める。
【００２４】
このような計算は、極めて簡単であり、変位センサ６２の測定データをコンピュータに入力することで、迅速に処理することが可能である。また、コンピュータでデータ管理することも容易である。
【００２５】
図６は、このような内径測定装置１０を組込んだ可動測定装置８０の全体を示す。
この可動測定装置８０は、特にホイールのリムの内径測定に適した構造に形成したものであり、車輪付きの架台８２と、内径測定装置１０を架台８２内で上下動するエレベータ８４と、被測定物Ｗを移動するローラコンベア８６と、４本の可動腕で被測定物Ｗを所定位置に保持する保持装置８８とを備えている。
この可動測定装置８０によれば、内径測定装置１０はローラコンベア８６の搬送路よりも下側に配置されており、被測定物Ｗは、ローラコンベア８６で搬送され、内径測定装置１０の上側に配置される。この後、エレベータ８４により内径測定装置１０の全体が図示のように上昇され、被測定物Ｗが上述のように、内径測定装置１０の支持台２０上に載置される。これと同時に、保持装置８８がその４本の可動腕を移動して被測定物Ｗを保持する。この状態で、上述のように、３つの接触子２２を移動することにより、被測定物の内径を正確かつ迅速に測定することができる。
【００２６】
なお、本実施形態における内径測定装置１０は、上述のようなホイールのリムに限らず、エンジンのシリンダブロック、ピストン、あるいは、ベアリング等の内径を測定することも可能である。このように各種の構造の被測定物の内径を測定する場合には、被測定物の形状に対応させて接触子２２を含む各部材の形状を適宜に変更することも可能である。また、内径測定装置１０は、上述のように接触子２２を上方に向けて配置する他、下方に向けて配置し、あるいは、横方向に配置することも可能である。
【００２７】
更に、図示の実施形態では、測距手段が、測定基準ポスト１６の周部にほぼ等間隔に配置された３つの接触子２２を備え、これらの３つの接触子２２のそれぞれが被測定物Ｗの内周面に当接したときの位置から、被測定物Ｗの内周面上のそれぞれの点の半径方向距離を測定するものであるが、本発明の測距手段は、このような３つの接触子２２に限らず、被測定物Ｗの内周面上の少なくとも３つの点の原点すなわち測定基準ポスト１６からの位置を測定できるものであれば、適宜のものを使用可能なことは明らかである。
【００２８】
参考例の測距手段としては、例えば１の上述のような接触子だけを有することも可能である。このように１つの接触子だけを有する場合には、接触子と被測定物との一方を測定基準ポスト１６を中心として回転することにより、被測定物の内周面上の複数の位置の座標を測定することができる。例えば所定角度毎に接触子と被測定物との一方を順に回転させ、測定基準ポスト１６を原点とする座標系における被測定物Ｗの内周面上の少なくとも３つの点の座標を求める。これにより、この座標系における３つの点を通る円の径を算出することができる。
このような場合における、接触子と被測定物との接触の有無は、電気抵抗あるいは接触圧から確認することが可能である。
【００２９】
更に、このように接触子を半径方向に沿って移動することに代え、接触子を測定基準ポスト１６に対して固定し、被測定物Ｗを接触子に対して移動させることも可能である。勿論、この場合には、被測定物Ｗの移動方向を予め設定しておく。これらの移動方向と被測定物Ｗの移動距離とから各点の座標を特定することができる。
【００３０】
更に、測距手段は、上述のような接触子を用いることに代え、例えば赤外線、レーザ光あるいは超音波等の非接触の検出手段を用いることも可能なことは明らかである。これらの非接触の検出手段を用いる場合にも、上述のように、被測定物Ｗの内周面上の周方向に離隔した３つの位置の座標を求めることができるものであれば、検出手段と被測定物Ｗとのいずれの側を移動してもよい。
【００３１】
図７および図８は、このような非接触の検出手段を用いた参考例を示す。図中、上述の実施形態と同様な部材には同様な符号を付してその詳細な説明を省略する。
図７に示す参考例では、測定基準ポスト１１６を中空構造に形成してある。この測定基準ポスト１１６には、上述のような非接触の検出手段である３つの距離センサ１２２を周壁部に等間隔に取付けてあり、これらの距離センサ１２２の検出端は、測定基準ポスト１１６の外周面の開口部から外部に開口している。これらの距離センサ１２２により、支持台２０と平行でかつ測定基準ポスト１１６の中心軸を原点とする平面座標系内で被測定物Ｗの内周面上の３つの点の座標を求める。これにより、この座標系における被測定物Ｗの内周面の円の径を算出することができる。これらの距離センサ１２２は、３つに限らず、それ以上であってもよく、測定基準ポスト１１６の中心軸に対して軸方向にずらして配置させることも可能である。更に、３つの距離センサ１２２を同一高さに配置した場合には、測定基準ポスト１１６をその中心軸に沿って平行移動できるようにしてもよい。この場合には、内周部に段部を形成した被測定物の各段部の内径を測定することができる。
【００３２】
また、図８に示す参考例では、測定基準ポスト２１６を駆動モータ２４２の駆動軸で形成してある。この駆動軸すなわち測定基準ポスト２１６の先端には距離センサ２２２を取付けてあり、この距離センサ２２２の一面には、赤外線あるいは超音波等のビームの発信部２２２ａと内周面からの反射ビームを受信する受信部２２２ｂとを上下に並置した検出面を形成してある。更に、支持台２０には、この測定基準ポスト２１６および距離センサ２２２囲むガイドスリーブ２２６を配置してあり、このガイドスリーブ２２６の周壁部には、３つの開口２２５を周方向に沿って等間隔に形成してある。これらの開口２２５は、発信部２２２ａからのビームを被測定物Ｗの内周面に導くと共に、内周面からの反射ビームを受信部２２２ｂに導くため、軸方向に長い長円状に形成してある。
【００３３】
そして、駆動モータ２４２を回転すると、この検出面が原点である駆動軸を中心として回転し、各開口２２５とに整合した位置で、被測定物Ｗの内周面の座標を測定する。これにより、被測定物Ｗの内周面上の３つの点の座標が求められ、この座標系における被測定物Ｗの内周面の円の径を算出することができる。
【００３４】
このように形成される内径測定装置１０は、例えばＮＣ旋盤等の加工機械に組込み、加工機械の制御部に測定データを出力することにより、加工機械に自動補正させることも可能である。このように、ＮＣ旋盤等の加工機械に組込むことにより、加工機械の精度の確認、あるいは、メンテナンス時期の確認に利用することもできる。
【００３５】
なお、各実施形態については、それぞれ個々に説明してきたが、各実施形態の技術事項を互いに組合わせ可能なことは明らかである。
【００３６】
【発明の効果】
以上明らかなように、本発明の内径測定装置によれば、測定基準ポストを中心として周方向に所定角度に離隔した少なくとも３つの位置で、被測定物の内周面と測定基準ポストで形成される原点との間の半径方向距離を測定する測距手段とを備えることにより、極めて簡単な構造でありながら、極めて簡単かつ迅速に被測定物の内径を高精度で測定することができる。
【００３７】
測定手段が測定基準ポストから半径方向に沿って移動する３つの接触子を有することにより、それぞれが被測定物の内周面に当接したときの、各接触子の位置を検出するだけで極めて簡単に被測定物の内径を測定することができる。
【００３８】
接触子の移動位置を検出する検出手段が、接触子と一体的に形成されかつ前記基準ポストの軸線に対して傾斜した傾斜面を有するテーパ板と、このテーパ板の傾斜面に係合し、接触子が半径方向に移動したときに軸線方向に沿って移動される接触子ロッドと、この接触子ロッドの移動量を検出する変位センサとを有することにより、接触子の半径方向移動が軸線方向の移動に変換され、極めてコンパクトな構造に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施形態による内径測定装置の各接触子の配置状態を示す説明図。
【図２】 図１の内径測定装置の接触子に対する駆動手段と検出手段との配置状態を示す説明図。
【図３】 図１の内径測定装置の検出手段を載置した被測定物と共に示す説明図。
【図４】 駆動手段と接触子との配置状態を示す説明図。
【図５】 接触子と直線案内ユニットとの配置状態を示す概略図。
【図６】 図１の内径測定装置を組込んだ可動測定装置の概略的な外観図。
【図７】 測定手段を支持台に固定した参考例を示し、（Ａ）は概略的な平面図、（Ｂ）は概略的な側部断面図。
【図８】 測定手段を支持台に対して回転可能とした更に他の参考例を示し（Ａ）は概略的な平面図、（Ｂ）は概略的な部分断面図。
【符号の説明】
１０…内径測定装置、１２…ケーシング、１４…計測ベース板、１６，１１６，２１６…測定基準ポスト、１８…支持脚、２０…支持台、２２…接触子、２４…ガイド脚、２６…直線案内ユニット、２８…ベース、３０…テーブル、３２，３４…軌道台、３６…接触子ガイド、３８…接触ピン、４０…接触板、４２…エアーシリンダ、４４…シリンダロッド、４６…シリンダジョイント、４８…シリンダピン、５０…駆動アーム、５２…支点ピン、５４…駆動ピン、５６…テーパ板、５８…傾斜面、６０…接触子ロッド、６２…変位センサ、６４…ローラ、６８…リニアブッシュ、７０…ホルダ、８０…可動測定装置、８２…架台、８４…エレベータ、８６…ローラコンベア、８８…保持装置、１２２，２２２…距離センサ、２２２ａ…発信部、２２２ｂ…受信部、２２５…ガイドスリーブ、Ｗ…被測定物。

Claims (2)

1. 被測定物を載置する支持台と、
   この支持台の中央部に配置され、支持台の被測定物載置面を含む平面内の原点を形成する測定基準ポストと、
   この測定基準ポストを中心として周方向に所定角度に離隔した少なくとも３つの位置で、この支持台上に載置された被測定物の内周面と前記原点との間の半径方向距離を測定する測距手段とを備え、
   前記測距手段は、前記測定基準ポストの周部に沿って互いに離隔して配置され、それぞれ測定基準ポストから半径方向に沿って移動可能な３つの接触子と、前記測定基準ポストに対するそれぞれの接触子の位置を検出する検出手段と、を備え、
   前記検出手段は、接触子と一体的に形成されかつ前記測定基準ポストの軸線に対して傾斜した傾斜面を有するテーパ板と、このテーパ板の傾斜面に係合し、接触子が半径方向に移動したときに軸線方向に沿って移動される接触子ロッドと、この接触子ロッドの移動量を検出する変位センサとを有し、
   ３つの接触子のそれぞれが被測定物の内周面に当接したときの、各検出手段の検出値から、被測定物の内周面上のそれぞれの点の半径方向距離を測定し、これらの半径方向距離から、前記３つの点を通る円の径を算出し、被測定物の内径を測定可能としたことを特徴とする内径測定装置。
2. 各接触子を半径方向に駆動し、支持台上に載置された被測定物の内周面に当接させる駆動手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内径測定装置。

Images