JP5786971B2 - 内径測定装置 - Google Patents

Description

本発明は中空部材の内径を測定する内径測定装置、特に接触式の内径測定装置に関するものである。

中空部材の内径を測定する内径測定装置としては、例えば特許文献１に示されるものがあり、特許文献１に示される内径測定装置では、被測定管の内面に治具を接触させ、該治具に測定子を接触させることで、間接的に測定子を被測定管の内面に接触させ、更に被測定管を回転させ、被測定管の内面の変位を前記治具を介して測定している。
この為、測定結果には治具を介在させたことによる誤差を含んでおり、更に、治具を介在させているので、被測定管の端部又は端部近傍の限定された部分の測定しか行えない。又、被測定管を回転させるので、構造が複雑となり、又被測定管が長尺物である場合は装置が大掛りとなるという問題があった。
本発明は斯かる実情に鑑み、被測定管を回転させることなく、簡単な構造で、被測定物の内径を測定可能な内径測定装置を提供するものである。

特開２００６−１５３５４６号公報

本発明は、中空の被測定物の内径を測定する内径測定装置であって、該内径測定装置は旋回ユニットと計測ヘッドとを具備し、被測定物内部に挿入可能であり、前記計測ヘッドは前記被測定物の内面に接触して内径を測定する接触測定器と、該接触測定器を径方向に進退可能な進退ユニットとを有し、前記旋回ユニットは前記計測ヘッドを前記内径測定装置の軸心を中心として回転可能である内径測定装置に係るものである。
又本発明は、前記計測ヘッドは前記接触測定器を保持し、該接触測定器を半径方向に移動可能な測定器ホルダと該測定器ホルダと一体に移動するスケールセンサと、前記接触測定器の移動方向と平行に設けられたリニアスケールとを具備し、内径の測定は前記スケールセンサの検出結果と前記接触測定器の検出結果に基づき求められる内径測定装置に係るものである。
又本発明は、前記旋回ユニットは、棒状の支持部材の先端に取付けられる内径測定装置に係るものである。
又本発明は、前記計測ヘッドの重心は、前記軸心の位置又は略軸心の位置にある内径測定装置に係るものである。
又本発明は、前記計測ヘッドは、前記旋回ユニットによって旋回される測定器支持基板を有し、前記進退ユニットは２組のリニアガイドを介して前記測定器支持基板に設けられ、各リニアガイドは一対の進退ガイドレールと、該進退ガイドレールにそれぞれ摺動自在に嵌合する一対のブロックとから構成され、一方のリニアガイドは前記進退ガイドレールが前記測定器支持基板に設けられ、前記ブロックが前記進退ユニットに設けられ、他方のリニアガイドは前記進退ガイドレールが前記進退ユニットに設けられ、前記ブロックが前記測定器支持基板に設けられた内径測定装置に係るものである。

図１は本発明の第１の実施例に係る内径測定装置のカバーを外した状態の斜視図である。
図２は該内径測定装置の断面図である。
図３は本発明の第２の実施例に係る計測ヘッドの断面図である。
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は第２の実施例中のリニアスケールの説明図である。
図５（Ａ）は計測ヘッドの平面図、図５（Ｂ）は接触測定器が突出した状態の正面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
図１、図２は第１の実施例に係る内径測定装置５０を示しており、図中、１は旋回ユニットを示し、２は計測ヘッド、５１は前記内径測定装置５０の軸心を示している。
先ず、前記旋回ユニット１について説明する。
該旋回ユニット１の軸心は前記軸心５１と合致し、棒状の支持部材、例えば中空シャフト３に同心に取付けられる様になっている（図２参照）。
前記中空シャフト３には中空の連結アダプタ４がボルト等の固着部材によって取付けられ、前記中空シャフト３と前記連結アダプタ４とは着脱可能となっている。前記連結アダプタ４に中空のシャフトホルダ５が取付けられる。該シャフトホルダ５の軸心は前記軸心５１と合致しており、該シャフトホルダ５には、軸受６，７を介して旋回軸８が前記軸心５１を中心に回転自在に支持される。該旋回軸８は、重量軽減の為、中空とするのが好ましい。
前記旋回軸８の先端（図２に於いて右側）に旋回フランジ９が形成され、更に該旋回フランジ９の基側には旋回ギア１１が前記旋回軸８に嵌着されている。
前記シャフトホルダ５の外面の所要位置に旋回モータ１２が設けられ、該旋回モータ１２の出力軸には旋回駆動ギア１３が嵌着され、該旋回駆動ギア１３は前記旋回ギア１１と噛合される。又、前記旋回モータ１２は、エンコーダ（図示せず）を具備し、前記旋回駆動ギア１３即ち前記旋回ギア１１の回転量を検出可能となっている。
前記シャフトホルダ５の所要位置、前記旋回モータ１２と干渉しない位置に、前記旋回フランジ９の旋回制限手段１４が設けられる。該旋回制限手段１４の一例としては、前記シャフトホルダ５にリミットスイッチ１５が設けられ、前記旋回フランジ９には前記リミットスイッチ１５を作動させるスイッチ作動片１６が取付けられる。本実施例では、前記リミットスイッチ１５として近接スイッチが用いられ、前記スイッチ作動片１６としては前記リミットスイッチ１５に対して所要の間隔で対峙する様に設定された金属片が用いられる。
前記連結アダプタ４、前記シャフトホルダ５、前記旋回フランジ９、前記旋回モータ１２、前記旋回制限手段１４を覆う、円筒状の旋回ユニットカバー１８が前記連結アダプタ４の基端から前記旋回フランジ９に掛渡って設けられている。尚、前記旋回ユニットカバー１８は前記旋回フランジ９とは非接触であり、又被測定物の内径よりも小さくなっている。
次に、前記計測ヘッド２について説明する。
該計測ヘッド２は基端に旋回基盤２１を有し、該旋回基盤２１が前記旋回フランジ９に固着されることで前記旋回ユニット１と前記計測ヘッド２とが連結され、又一体となる様に構成されている。又、前記計測ヘッド２は、前記旋回ユニット１と同心であり、即ち前記中空シャフト３と同心となっている。即ち、前記旋回ユニット１、前記計測ヘッド２、前記中空シャフト３はそれぞれの軸心が前記軸心５１と合致する様に設けられている。
前記旋回基盤２１に測定器支持基板２２が垂直に設けられ、該測定器支持基板２２に進退ユニット２３及びスケールユニット２４が設けられている。
先ず、前記進退ユニット２３について説明する。
前記測定器支持基板２２に前記軸心５１と直交する方向に延出する進退ガイドレール２５が設けられ、該進退ガイドレール２５に摺動自在に測定器ホルダ２６が設けられ、該測定器ホルダ２６に接触測定器２７が設けられる。該接触測定器２７の測定方向は、前記測定器ホルダ２６の進退方向と平行であり、即ち、前記接触測定器２７は半径方向に移動し、半径方向の変位を測定する様に設定されている。尚、前記接触測定器２７としては、例えば電気マイクロメータが用いられる。
前記測定器ホルダ２６には進退モータ２８が一体に設けられ、該進退モータ２８は前記軸心５１と平行に延出する出力軸２９を有し、該出力軸２９にはピニオンギア３１が嵌着されている。前記旋回基盤２１にはラック３２が前記軸心５１と直交する方向に固着され、該ラック３２に前記ピニオンギア３１が噛合する。
尚、図中、３３は前記出力軸２９との干渉を避ける為の逃げ穴である。前記進退モータ２８が駆動されることで、前記ピニオンギア３１が回転し、前記進退モータ２８と前記進退ユニット２３とが一体に、半径方向に進退する様に構成されている。
尚、図中、３５は接触子であり、該接触子３５が測定点に接触し、該接触子３５の変位を前記接触測定器２７が検出する。
前記スケールユニット２４は、前記進退ガイドレール２５と平行に設けられたリニアスケール３６と前記測定器ホルダ２６と一体に設けられたスケールセンサ３７を有し、前記測定器ホルダ２６の変位と一体に前記スケールセンサ３７が変位する。該スケールセンサ３７は変位量を前記リニアスケール３６から読取る様になっており、前記スケールセンサ３７は前記測定器ホルダ２６の半径方向の変位を検出する様になっている。
又、前記スケールセンサ３７が読取る測定値と、前記接触子３５の位置は既知Ａとなっており、例えば前記スケールセンサ３７の測定値に既知Ａを加えると前記軸心５１から前記接触子３５迄の距離が求められる様になっている。
尚、図中、３８はケーブル類（図示せず）を固定する為のケーブルホルダを示している。
前記測定器支持基板２２、前記進退ユニット２３、前記スケールユニット２４、前記ケーブルホルダ３８等は、円筒形状の計測ヘッドカバー３９によって覆われ、該計測ヘッドカバー３９には前記接触測定器２７が突出できる様、測定窓４１が穿設されている。又、前記計測ヘッドカバー３９の外径は、前記旋回ユニットカバー１８と同径であり、又被測定物の内径よりも小さくなっている。
更に、前記計測ヘッド２の重心が、前記軸心５１上、或は略前記軸心５１上となる様に、或は前記測定器ホルダ２６が移動した場合、前記計測ヘッド２の重心が前記軸心５１を中心に所定の範囲に収る様に、該計測ヘッド２の構成物（測定器ホルダ２６、進退モータ２８、スケールセンサ３７等）の配置、重量を設定する。更に、構成物の配置だけでは、重心の位置が前記軸心５１上とならない場合は、適宜バランス錘を設けて、前記計測ヘッド２の重心の位置を調整する。ここで、前記所定の範囲とは、前記計測ヘッド２を旋回させた場合に重心からの偏心により測定値に変動を生じない範囲とする。
以下、上記した内径測定装置５０の作用について説明する。
前記接触子３５を前記計測ヘッドカバー３９の外面より完全に後退させた状態、即ち前記測定器ホルダ２６の基準位置に設定する。この状態での前記接触子３５の位置（半径方向の位置）、即ち前記軸心５１からの距離は既知となっている。前記中空シャフト３を介して前記内径測定装置５０を被測定物内に挿入し、該内径測定装置５０の軸心方向の位置、即ち測定位置を決定する。
前記接触子３５の位置が既知であり、又被測定物の内径は事前に粗測定することで略分っているので、前記進退ユニット２３により前記測定器ホルダ２６を所定量移動させる。その後、徐々に移動させ、前記接触子３５を被測定物の内面に接触させる。その時の前記接触測定器２７の検出値と前記スケールセンサ３７が検出する前記測定器ホルダ２６の移動量から、前記被測定物の内径が測定できる。
更に、前記旋回モータ１２を駆動し、前記旋回駆動ギア１３、前記旋回ギア１１を介して前記旋回軸８を回転させ、更に前記旋回フランジ９を介して前記計測ヘッド２を回転させる。該計測ヘッド２を所定角度ピッチで回転させることで、前記被測定物の全内周について内径の測定を行うことができる。
更に、前記内径測定装置５０を測定毎に、所定間隔で被測定物の内部に移動させることで、被測定物の内径を全長に亘って測定することができる。
前記旋回制限手段１４は、前記旋回フランジ９の回転量が、一方向で３６０°を超えない様に、回転を制限するものであり、前記リミットスイッチ１５が前記スイッチ作動片１６を検出することで、一方向の回転量が３６０°に達したことを検出し、前記リミットスイッチ１５の検出結果で前記旋回モータ１２を停止し、或は反転させる。
前記内径測定装置５０の外径を被測定物の内径以下としたので、該内径測定装置５０を被測定物に挿入して内径の測定ができ、長尺の被測定物であっても内径の測定が可能となる。
又、前記内径測定装置５０の軸心方向の位置は、該内径測定装置５０の挿入深さを管理することで、更に測定位置は前記旋回モータ１２の回転を管理することで容易に設定できるので、測定対象物の内面の任意の位置の測定が高精度に行える。
又、前記計測ヘッド２の重心位置を、前記軸心５１上とすることで、前記計測ヘッド２の回転による測定点のずれ、測定結果の変動を防止できる。
次に、図３〜図５を参照して第２の実施例を説明する。
前記計測ヘッド２は、測定器支持基板５６と、第１リニアガイド５７（５７ａ，５７ｂ）及び第２リニアガイド５８（５８ａ，５８ｂ）と、前記リニアガイド５７，５８を介して前記測定器支持基板５６に移動可能に支持されるテーブル５９と、該テーブル５９の正面に設置される接触測定器６１と、前記テーブル５９の背面に設置されるスケール６２ａと該スケール６２ａと対向して前記測定器支持基板５６上に設置される検出手段６２ｂとからなるリニアスケール６２とを備えている。
前記測定器支持基板５６は、図３に示す様に、前記旋回ユニット１に垂直に固着され、該旋回ユニット１の回転と共に回転する。又、前記測定器支持基板５６は、前記リニアガイド５７，５８を介して前記接触測定器６１を保持する前記テーブル５９を支持している。
前記第１リニアガイド５７は２組の進退ガイドレール５７ａとブロック５７ｂを有し、前記第２リニアガイド５８は２組の進退ガイドレール５８ａとブロック５８ｂを有している。各前記リニアガイド５７，５８は、それぞれ前記進退ガイドレール５７ａ，５８ａと前記ブロック５７ｂ，５８ｂとが嵌合し、前記進退ガイドレール５７ａ，５８ａに沿って前記ブロック５７ｂ，５８ｂが摺動可能に構成されている。
図４（Ａ）は、前記測定器支持基板５６の正面図であって、図４（Ｂ）は、前記テーブル５９の背面図である。前記測定器支持基板５６には、図３及び図４（Ａ）に示す様に、前記旋回ユニット１の回転の前記軸心５１と直交して前記第１リニアガイド５７の２本の進退ガイドレール５７ａが設置されている。又、図３及び図４（Ｂ）に示す様に、前記テーブル５９の背面には、各前記進退ガイドレール５７ａと対向する位置に、前記第１リニアガイド５７の前記ブロック５７ｂがそれぞれ設置されている。
更に、前記テーブル５９の背面には、図３及び図４（Ｂ）に示す様に、前記軸心５１と直交して前記第２リニアガイド５８の２本の前記進退ガイドレール５８ａが設置されている。又、図３及び図４（Ａ）に示す様に、前記測定器支持基板５６には、各前記進退ガイドレール５８ａと対向する位置に、前記第２リニアガイド５８の前記ブロック５８ｂがそれぞれ設置されている。
前記テーブル５９は、前記リニアガイド５７，５８に案内されて前記測定器支持基板５６上を前記軸心５１と直交する方向に摺動する。又、前記テーブル５９の正面で保持される前記接触測定器６１も前記テーブル５９と一体に移動する。該テーブル５９は前記進退モータ２８によりスライド移動されるが、進退移動機構については第１の実施例と同様であるので説明を省略する。
前記接触測定器６１は、接触子６１ａを有し、該接触子６１ａが被測定物１００の内壁と接触し、前記接触子６１ａの変位を測定する。上述した様に、前記接触測定器６１の測定方向は、前記テーブル５９の進退方向と平行である。即ち、前記接触測定器６１は前記被測定物１００の空間の半径方向に移動し、半径方向の変位を測定する。前記接触測定器６１で測定された値は、ケーブル６１ｂを介して演算手段（図示せず）に出力される。前記測定器支持基板５６は、前記接触測定器６１の測定方向の軸心５２が前記旋回ユニット１の回転軸と直交する様に該旋回ユニット１に固着されている。
前記テーブル５９の背面には、図４（Ｂ）に示す様に、前記進退ガイドレール５８ａと並行して２本の該進退ガイドレール５８ａの間に前記リニアスケール６２の前記スケール６２ａが設けられている。又、前記測定器支持基板５６の前記スケール６２ａと対向する位置には、前記リニアスケール６２の前記検出手段６２ｂが設けられている。前記リニアスケール６２は長さを検出する手段であり、前記スケール６２ａの目盛を前記検出手段６２ｂで検出して長さを測定する。
前記演算手段は、前記接触測定器６１から入力された値と、前記リニアスケール６２から入力された値とに基づき、前記被測定物１００の内径を求める。
上述した様に、前記第１リニアガイド５７の各前記進退ガイドレール５７ａは、前記接触測定器６１の前記軸心５２を基準として左右対称な位置に設置されている。又、前記第２リニアガイド５８の各前記進退ガイドレール５８ａは、前記接触測定器６１の前記軸心５２を基準として左右対称な位置に設置されている。更に、前記進退ガイドレール５７ａは前記測定器支持基板５６に設置されているのに対し、前記進退ガイドレール５８ａは前記測定器支持基板５６と対向する前記テーブル５９に設置されている。従って、前記計測ヘッド２では、前記テーブル５９を三次元方向で安定して支持することができる。前記接触測定器６１と前記リニアスケール６２とで値を正確に測定し、高精度な計測結果を得ることができる。又、該リニアスケール６２は、前記リニアガイド５７，５８の間に設置されていることからも、安定した値を得ることができる。
上述した様に、本実施例によれば、正確な内径を高精度に測定することができる。

本発明によれば、中空の被測定物の内径を測定する内径測定装置であって、該内径測定装置は旋回ユニットと計測ヘッドとを具備し、被測定物内部に挿入可能であり、前記計測ヘッドは前記被測定物の内面に接触して内径を測定する接触測定器と、該接触測定器を径方向に進退可能な進退ユニットとを有し、前記旋回ユニットは前記計測ヘッドを前記内径測定装置の軸心を中心として回転可能であるので、被測定物を回転させることなく、被測定物の内面全周に亘って内径を測定でき、又内部に挿入して内径を測定するので、端部近傍だけでなく、被測定物の全長に亘る測定も可能となる。

１ 旋回ユニット
２ 計測ヘッド
３ 中空シャフト
５ シャフトホルダ
８ 旋回軸
１１ 旋回ギア
１２ 旋回モータ
１３ 旋回駆動ギア
１４ 旋回制限手段
１５ リミットスイッチ
１６ スイッチ作動片
２１ 旋回基盤
２３ 進退ユニット
２４ スケールユニット
２６ 測定器ホルダ
２７ 接触測定器
２８ 進退モータ
３１ ピニオンギア
３２ ラック
３５ 接触子
３６ リニアスケール
３７ スケールセンサ
５０ 内径測定装置
５１ 軸心
５６ 測定器支持基板
５７ 第１リニアガイド
５８ 第２リニアガイド
５９ テーブル

Claims (4)

1. 中空の被測定物の内径を測定する内径測定装置であって、該内径測定装置は旋回ユニットと計測ヘッドとを具備し、被測定物内部に挿入可能であり、前記計測ヘッドは前記被測定物の内面に接触して内径を測定する接触測定器と、該接触測定器を保持し、該接触測定器を半径方向に移動可能な測定器ホルダを有する進退ユニットと、前記測定器ホルダと一体に移動するスケールセンサと、前記接触測定器の移動方向と平行に設けられたリニアスケールとを有し、前記旋回ユニットは前記計測ヘッドを前記内径測定装置の軸心を中心として回転可能であり、内径の測定は前記スケールセンサの検出結果と前記接触測定器の検出結果に基づき求められることを特徴とする内径測定装置。
2. 前記旋回ユニットは、棒状の支持部材の先端に取付けられる請求項１の内径測定装置。
3. 前記計測ヘッドの重心は、前記軸心の位置又は略軸心の位置にある請求項１の内径測定装置。
4. 前記計測ヘッドは、前記旋回ユニットによって旋回される測定器支持基板を有し、前記進退ユニットは２組のリニアガイドを介して前記測定器支持基板に設けられ、各リニアガイドは一対の進退ガイドレールと、該進退ガイドレールにそれぞれ摺動自在に嵌合する一対のブロックとから構成され、一方のリニアガイドは前記進退ガイドレールが前記測定器支持基板に設けられ、前記ブロックが前記進退ユニットに設けられ、他方のリニアガイドは前記進退ガイドレールが前記進退ユニットに設けられ、前記ブロックが前記測定器支持基板に設けられた請求項１の内径測定装置。

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