JPH01503090A - 部品の直線寸法を測定するための広域装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 部品の直線寸法を測定するための広域装置技術分野 本発明は、例えば部品の直径などのような直線寸法を測定するのに好適な測定装 置に関する。

背景技術 直線を測定する装置に対して示される要望には、広い範囲の寸法を扱うことがで き、しかも再現性および精度に優れていることが先ず挙げられ、フレキシブル生 産システムの出現と共にこのような要求に応えられる装置の提供が待たれている 。特に、研削加工中の部品の測定のためにこのような要望を満たす装置が必要と されている。

この場合には上記の要求に加えて装置全体が小型であること、堅牢であること、 一方、苛酷な作業環境下での再現性、素早い応答性なども要求される。装置全体 の小型化は研削加工中に難しい合わせ作業を行なう必要をなくし、また部品の取 付け取外し作業を容易にするためにも重要である。

これらの作業が行われる間、装置全体は滑り部材あるいは回転アーム等の手段に より作業位置から移動させられるが、小型の装置がこの移動において有利に働く ことは自ずと明らかである。これと同時に装置には測定対象が広い範囲にわたり 、しかも高い精度が得られるように変換器と共に寸法を小型化された撰抜きの機 構が採用されねばならない。

英国特許第２０５７６８８号には上記の両立し難い要求に折り合いをつけるには 最良であるも、所望の働きを得るには相応しくない装置が開示されている。二の 公知の装置は縦に並置された２つの滑り部材を備え、その位置がディジタル式測 定ユニットによって検知されるようになっている。各滑り部材は部品の直径部分 に当てるｔミめに使用される触子を備えた回転アームを支持している。

回転アームの位置は変換器により検出され、フィードバックループを通して調節 器でモータを制御する制御信号がつくられる。モータはこの信号に従って滑り部 材およびモータと共軸に支持されるステム部材によって滑り部材を駆動する。こ の制御方式は２個の変換器により検出された信号値を零値に維持しているので、 部品直径の値が２個のディジタル測定ユニットの信号を組み合わせて得られる。

この装置は再現性および精度について高い能力を備えているとはいい難い。ディ ジタル測定ユニットの信号のみに依存する測定方法の好不調によってもたらされ る誤差は別としても、滑り部材、ディジタル測定ユニットおよび部品の配列の仕 方は必然的に小さくない誤差を陣なたとえば、アツベの原理からは最適条件での 測定ユニットの位置は、部品の中心を縦方向に通る平面からの距離が零になるべ きであるが、真直度が維持されないため、また案内手段に沿うで動かされるとき に生じる避けられない誤差により測定ユニットの位置が大きく狂わされてしまう 。

さらに、この公知の装置は覆いや密封デバイス等で保護することが困難であると しても、開放構造に近い、すなわち貧弱な保護部材しか持たないものである。

また、縦方向の大きさは滑り部材とモータとを並置させ、ディジタル測定ユニッ トを別々に配置しているにもかかわらず、相当な長さである。

一方、米国特許第３４００５７３号には上述した装置に類似する多くの特徴、特 に制御装置に特徴を有する装置が開示されている。この装置には単一の変換器お よび測定ヘッドとして複数の空気センサーが使用されている。

この装置の各部分では、特に縦方向の大きさが相当に長い。

米国特許第３９９６６６９号には一方の滑り部材が他方の滑り部材を超えて配置 される縦形の滑り部材を備えた測定装置が開示されている。ここで、滑り部材は 各々位置検出用変換器と協働し合ってその機能を果たし、かつ測定ヘッドを支持 する。滑り部材はステムを介して相応の能力を持つモータにより駆動され、フレ ームに静止している案内ロッドと協働してその機能を果たしている。

この装置は縦方向に沿って相当な長さに構成され、また複数の位置検出用変換器 および複数の測定ヘッドの配列の仕方に特徴、を有する。すなわち、これらの測 定ヘッドは駆動用ステムおよび滑り部材を案内するためのロッドに対して相対す るように各々配置され、大きな測定誤差を生じさせる可能性がある。この装置も また開放構造であり、信頼できる保護および密封装置を提供するには適当でない 。

米国特許第３９９６６６９号は、一つの測定ヘッドを支えて動作する単一の滑り 部材を有する測定装置を開示しており、位置検出用変換器の同様な配置が測定ヘ ッドの配置と併せて示されている。

発明の開示 本発明の目的は上記した両立し難い要求になお一層の折り合いをつけ、望ましい 機能が得られるようにすることである。

本発明によれば、部品の直線寸法を測定するための装置は、一つのフレームと、 平行にかつ並べて置かれた２個の滑り部材と、この滑り部材に各々結合された２ 個の位置検出用変換器と、滑り部材を独立した方法で駆動するための２基のモー タおよび伝動装置を有する制御手段と、各々関係する滑り部材に固定された２個 の測定ヘッドと、位置検出用変換器、測定ヘッドおよびモータにそれぞれ接続さ れ、モータを制御し、かつ部品寸法を決定するための処理および制御手段とを具 備するものである。

各滑り部材は直線状の案内ロッドと、二の案内ロッドの一方の側に位置するよう に端部に結合され、測定ヘッドを支持する。第１の支持部材と、案内ロッドと結 合されると共に、第１の支持部材に関して部分的に反対側に位置するように案内 ロッドに対して直角方向に延長して設けられた第２の支持部材とをそれぞれ備え ている。第２の支持部材は案内ロッドに結合された部分と、モータによって駆動 される伝動装置に結合された部分とをＨしている。滑り部材に結合された位置検 出用変換器は測定ヘッドと案内ロッドとの間に配置される。

本発明の他の実施例によれば、上述した装置の構造は実質的に半分、つまり測定 ヘッド等を備えた単一の滑り部材を有する装置を得るように限定したものとする ことが可能である。

本発明は、特に、単一あるいは二つの滑り部材の変位方向に沿う全体寸法が極め て小さく、しかも動的な測定状態の中でも高い精度および再現性が得られる測定 装置を提供するものである。また、本発明は極めて堅牢な構造かつ研削盤のよう な工作機械での加工中の部品測定のように苛酷な作業環境下で使われる装置のた めの効果的な保護ならびに密封装置に好適な装置を提供する。二の構造は研削盤 やターニング盤における加工後の測定、機上も機械の外での測定も含めて、にも 有用である。

この種の装置においては次のような利点がある。摩擦および測定誤差を引き起こ すかも知れない変形が減少させられ、残余゛の測定誤差は容易にかつ全面的に補 償される。装置構造は、特に、アツベの原理から導かれる最適な測定条件に相当 近づけることができる。さらに、測定値は測定ヘッドが幾分小さい範囲内で操作 されるとき、その同じ時間の間、測定ヘッドを備えた滑り部材に結合された位置 検出用変換器の信号を組み合せることにより得ることが可能である。

図面の簡単な説明 本発明は添付された図面の助けを借りて詳細に説明される。第１図は部品の直径 を測定するための２個の触子を備えた測定装置の側面図である。

第２図は第１図に示される測定装置の平面図である。

第３図は第１図および第２図に示された測定装置の平面図である。

第４図は第１図ないし第３図に示された装置の背面図である。

第５図は第１図ないし第４図に示された装置の長手方向に沿って切断して示す断 面図である。

第６図は第５図に示される測定装置を横断する方向に沿って切断して示す断面図 である。

第７図は第５図および第６図に示される測定装置を長手方向に沿って切断して示 す断面図である。

第８図は第１図ないし第７図に示される測定装置の処理および制御装置を示すブ ロック図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図ないし第４図において、測定装置は、はぼ角柱形状を有する包囲体１によ り基本的部分を構成され、図示しない内部支持フレームにその装置を固定するた めの複数のボルト用の穴を備えた背面仕切壁５０（第４図参照）を定めるフレー ムを備えている。このフレーム、（円筒研削盤上にて研削が行われる間、部品の 一箇所ないしそれ以上の直径を測定するための代表的な応用に従っている）は部 品の取付け、取外しのために後方位置から測定位置まで動作させられる滑り部材 上に装着されている。円筒状の支持、案内用ロッド３．４は装置を横切る方向に 沿って並置され、かつ包囲体１に対して軸方向に移動可能に構成されている。二 〇ロッド３．４は包囲体１の上面および下面仕切壁を通り抜けて出てくる端部を 有する。

また、このロッド３．４は包囲体１の天井と底面とに各々固定されたケーシング ５．６内に収容される２基のモータによって駆動される。ロッド３．４のそれぞ れの端部に結合された第１の支持部材は支持板７．８を有する。この支持板７． ８は互いに向きが逆方向に向けられて取付けられているが、同一の形状を備えて いる。このためロッド４に結合された支持板８についてのみ説明する。支持板８ は第１図に示されるため、支持板７については簡略のためここには示されていな い。支持板８はほぼＣ形に形成、され、外側ウィング９を備えている。支持板８ はロッド４の予測できない過度の変形を防止するのに適する構造となっており、 平衡構造、事実上は３点ヒンジを備えた単純な機構を形成するためにロッド４の 両端に結合される。この目的のために支持板８は円筒状ヒンジに同化される厚さ の薄い領域１０Ｓ１１を介してロッド４の上端部に固（固定され、他方はねじ１ ４′を介してロッド４の下端部にそれぞれ固定され、実質的に第３のヒンジを形 成するように適当な平面（図示せず）上に接している。

一方、測定ヘッド１５．１６は支持板７．８の中央に備えられる脚に固定される 。このうち、測定ヘッド１５は第１図に示されるが、支持板７は省略されている 。この測定ヘッド１５．１６は装置の対称に形成された長手方向平面から等しい 距離に、互いに１８０°づつ向きを変えてそれぞれ配置される。そして、測定ヘ ッド１５．１６には部品１７の相対する点で正反対の向きに接触するために用い られる触子２０．２１を支えるアーム部材の外材１８．１９が備えられる。ここ で、部品１７は装置の測定範囲の中間値と一致する直径を有する。そして、第１ 図中の符号１７’　、１７’は測定範囲の両端部と一致する直径を有する他の部 品（あるいは同じ部品の他の部分）を示している。アーム部材の外材１８．１９ は共にロッド３．４の軸および測定ヘッド１５．１６のケーシングを直角に横切 る方向に、（このため、触子２０．２１は常に装置の対称に形成された長手方向 平面内に配置される）かつ長手方向に沿って延長される。

第１図に形状を完全に示される測定ヘッド１５．１６のケーブル２２．２３はケ ーブル締付装置２４．２５を介して包囲体１の内側に届くように延長される。コ ネクタ２６．２７は包囲体１の背面仕切壁に固定される。

一方、測定装置の内部構造は第５図ないし第７図を参照して説明される。ここで は簡略を目的として、いくつかの要素は図示を省略されている。これまでの説明 で既に行なわれたように測定装置は本質的に二重かつ対称な構造を備えているの で、多くの要素の説明は、図中、同一の番号で示された要素に対し、明らかな変 更部分と共に適用するものとする。

第６図および第７図中、包囲体１の側面封鎖要素については図示しないものとす る。

ロッド３．４は、それと関係する穴の中で包囲体１の上面および下面仕切壁に固 定された２組のブッシングから構成される密封および案内手段により縦方向に案 内される。第５図にはロッド３と係合するブッシング２９およびロッド４と係合 するブッシング２８′が示される。

包囲体１の上面および下面仕切壁には２組のでンタ３０゜３１．３０′、３１′ が装着されており、２本のシャフト３４．３４′がこれを中心として回転する。

ケーシング６内に収容されたモータ３６はベルト３９およびブーリイ４０を介し てシャフト３４を駆動するためのブーリイ３８が固定されたシャフト３７を偏え ている。

測定へラド１５と同じ側に配置される部分４３を有する第２の支持部材４２がロ ッド３に設けられる。この部分４３はロッド３に固定されており、位置検出用変 換器７２の滑り部４４を支持している。位置検出用変換器７２は増分形であり、 そのスケール４５は包囲体１の正面仕切壁４６に固く結合した支持要素に固定さ れている。

第２の支持部材４２はほぼ万能形の継手４７を備えている。この継手４７は支持 部材４２と、これと併せて測定ヘッド１５および滑り部４４とを縦向きに直動さ せる力に限り支持部材４２に伝達するためにシャフト３４と結合される。この結 果、シャフト３４．３７、ベルト３９、ブーリイ３８．４０および継手４７を有 する伝動手段はロッド３ならびに第１および第２の支持部材７．４２を有する滑 り部材を駆動する。第２の支持部材４２は包囲体１の背面仕切壁５０の方向に延 長され、その端は後側仕切壁５０にカップリング５４を介して同定されたロッド ５３の外面との間に少量の遊びを保って係合されるフォーク部で尽きる。ロッド ５３は円周部分の一部に縦方向に沿って配置される２本のフェライト棒５５．５ ６が固定される平面部を備えるように円筒形に形成される。

また、第２の支持部材４２はフェライト棒５５．５６を有する補償変換器７３． ７４（第５図参照）の２個の部材５８．５９を支える縦形の角柱５７によって構 成された支持材を備えている。第５図および第７図に示される部材５ｇ、５９は 図示されないケーブルによって導かれる電気巻線を支える支持材により構成され る。

角柱５７．５７′は包囲体１の開口６０．ｅ＞１．６０’　、６１’を通って縦 方向に移動する。角柱５７．５７′の両端は実際上ケーシング５．６内に収容さ れている。

したがって、ウッド５３．５３’　は次の二つの機能を果たすことになる。一つ はフォーク部５２．５２′と協働することにより回転防止装置として働く。この ため、シャフト３４．３４′の回転動作はロッド３．４と共に第２の支持部材４ ２．４２′の移動を生じさせる。他の機能は補償変換器の基準直線定現としての 機能である。

フェライト棒５５．５６．５５’　、５６’の使用は均一な磁気特性を提供する ために優れて好ましい。

マイクロスイッチ６３．６４．６３’　、６４’は包囲体１の上面および下面仕 切壁に固定された停止片６５．６６．６５’　、６６’と共働して第２の支持部 材４２．４２′の上下動作の各終点を制御する。

測定ヘッド１５．１６はアーム部材の内側断面形状の相違は別として、米国特許 第４３５６６３４号および第４３７０８１２号に説明されるように製作される。

測定される部品が不連続な面を有する場合、アーム部材の動作をある程度減速気 味にする必要があり、測定ヘッド１５．１６は、例えばシリコンオイルのような 減衰性のある液体により満たされる。

測定ヘッド１５．１６およびアーム部材の特に外ナ第１８．１９はアーム部材の 回転動作における支点となるため、そこに生じる応力を軽減するように構成され る。

すなわち、ヘッドの小さい動作範囲内でそれぞれの触子および関係する第１図に 触子２１および支点のためのものが符号６８として示されるようにヘッドの案内 ロッドに対してほぼ直角方向に沿って配置される。

測定の再現性および精度に関する限り、装置の正面仕切壁４６に近い位置検出用 変換器７２．７２′の配置が重要である。また、測定ヘッド１５．１６を支持し ている支持板７．８も重要な要素である。

しかしながら、ロッド３．４の傾き加減で部品１７の中心を基準とする位置検出 用変換器７２．７２′の位置が変化し、測定上の誤差が発生する。補償変換器７ ３．７４．７３’　、７４’はこのロッド３．４の傾きを検知することによりこ れらの誤差の補償を効果的に果たす。

この測定精度は、部材５８．５９と部材５８’　、５９’との間で充分な距離が 見込まれる間は高い。

一方、第８図は装置の測定および駆動手段と処理、表示および制御手段との間の 接続関係を示している。二こで、測定ヘッド１５．１６、位置検出用変換器７２ ．７２′および補償変換器７３．７４．７３’　７４’　はプログラマブル制御 装置７８、プログラムキーボードおよびディスプレイ装置を備えたグループ７９ およびモータ３６．３６′を制御するための駆動回路８０．８０′にそれぞれ継 続されている。

モータ３６．３６′はロッド３．４の異なる変位速度のようにプログラムパラメ ータに基づいて独立して駆動される。このため、測定ヘッド１５．１６の働きは 部品１７の正常な寸法および研削によって取除かれる予測可能な素材の値に応じ たものとなるはずである。したがって、第８図に破線８３．８３′にて描かれた ようにモータ３６．３６′は触子２０．２１が部品１７と接触している間に限り 、測定ヘッド１５．１６、位置検出用変換器７２．７２′の滑り材４４．４４′ および補償変換器７３．７３’　、７４．７４′の部材５８．５９．５８′、５ ９′を共に移動させる。そのあと、モータ３６．３６′は予め決められた間隔の 範囲内で測定ヘッド１５．１６の測定信号を保持するため制御される。この間隔 は直線の利点を生かすには、多少とも短くてよいが、部品１７の形状誤差によっ て起こるかも知れない不安定性を抑制するためには充分に間をあける。大体は、 測定ヘッド１５．１６の信号が上記間隔の範囲内にある（および測定される部品 の直径が研削加工を通して得られる正常な値と異なる）ときモータ３６．３６′ は停止し、その信号が上記間隔から外れたときモータ３６．３６′は始動する。

触子２０と部品１７の回転中心との間の半径距離を指示する測定信号は測定ヘッ ド１５、位置検出用変換器７２、補償変換器７３．７４の各信号を組み合せて得 られる。他の半径の値、つまり触子２１と部品１７の回転中心との間の同じ距離 は同じ方法で得られる。二つの半径の値および／または二つの半径の合計として 得られた直径に従ってプログラマブル制御装置ｔ７８は研削盤の加工サイクルを 制御する。

上記の説明および図面から測定装置の構造を実質的に半分に限定、つまり測定ヘ ッドを備えた単一の滑り部材等を有する形式とすることが可能であることは明ら かである。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．一つのフレームと、平行にかつ並べて置かれた２個の滑り部材と、この滑り 部材に各々結合された２個の位置検出用変換器と、前記滑り部材を独立した方法 で駆動するための２基のモータおよび伝動装置を有する制御手段と、各々関係す る前記滑り部材に固定された２個の測定ヘッドと、前記位置検出用変換器、前記 測定ヘッドおよび前記モータにそれぞれ接続され、前記モータを制御し、かつ部 品寸法を決定する処理および制御手段とを備えたものにおいて、前記各滑り部材 は直線状の案内ロッドと、この案内ロッドの一方の側に位置するようにその端部 に結合され、前記測定ヘッドを支持する第１の支持部材と、前記案内ロッドに結 合されると共に、前記第１の支持部材に関して部分的に反対側に位置するように 前記案内ロッドに対して直角方向に延長して設けられた第２の支持部材とをそれ ぞれ備え、前記第２の支持部材は前記案内ロッドに結合された部分と、前記モー タによって駆動される伝動装置に結合された部分とを有し、前記滑り部材に結合 された前記位置検出用変換器が前記測定ヘッドと前記案内ロッドとの間に配置さ れていることを特徴とする部品の直線寸法を測定するための装置。
2. ２．前記案内ロッドが各々前記フレームに対して軸方向に移動可能に、かつ前記 第１および第２の支持部材が前記案内ロッドと共に動くように該案内ロッドにそ れぞれ固定されることを特徴とする請求の範囲第１項に従属する装置。
3. ３．前記処理および制御手段が前記滑り部材に結合され、前記第２の支持部材お よび前記フレームに各々固定された第１および第２の部材を有する副次の位置検 出用変換器を備えた補償装置を具備することを特徴とする請求の範囲第１項に従 属する装置。
4. ４．前記第２の支持部材が前記補償装置の第１の部材を支える支持材を支承する 端部を有することを特徴とする請求の範囲第３項に従属する装置。
5. ５．前記補償装置の第２の部材が前記案内ロッドとほぼ平行に、かつ機械的な接 触を持つことなく、前記補償装置の副次の位置検出用変換器の第１の部材と対面 するように配置された２本の棒材を備えていることを特徴とする請求の範囲第４ 項に従属する装置。
6. ６．前記フレームが前記滑り部材の回転変位を防止するための支持材と協働し合 う前記案内ロッドとほぼ平行に配置された固定ロッドを備えていることを特徴と する請求の範囲第５項に従属する装置。
7. ７．前記固定ロッドが前記補償装置の２本の棒材を各々支えるように構成したこ とを特徴とする請求の範囲第６項に従属する装置。
8. ８．前記第１の支持部材が前記案内ロッド中に生じる応力を軽減するために平衡 形構造に形成されることを特徴とする請求の範囲第２項に従属する装置。
9. ９．前記伝動装置が前記案内ロッドと共に動作するための力を生じるように前記 第１および第２の支持部材に対して伝達力を制限させる継手を備えていることを 特徴とする請求の範囲第２項に従属する装置。
10. １０．前記フレームが前記滑り部材の第２の支持部材および案内ロッドの部分を 内蔵させているケーシングを備え、このケーシングは案内部を備えた２ケ所の貫 通穴および前記各案内ロッドの通行のための密封装置を有し、前記第１の支持部 材および前記測定ヘッドが前記ケーシングに対して外側に配置されることを特徴 とする請求の範囲第２項に従属する装置。
11. １１．前記測定ヘッドが各々前記案内ロッドにほぼ平行に配置されたケーシング と、前記案内ロッドに対して直角方向に延びると共に支点のまわりに回転可能に 装着され、かつ前記部品との接触を果たすために使用される触子を有するアーム 部材とを備え、前記触子と前記支点とがほぼ前記案内ロッドと直角方向に沿って 配置されることを特徴とする請求の範囲第２項に従属する装置。
12. １２．前記処理および制御手段が予め設定された間隔の範囲内で出力される前記 測定ヘッドの信号をその操作中維持して前記モータの制御を果たすように、前記 測定ヘッドおよび前記モータにそれぞれ接続されることを特徴とする請求の範囲 第１項に所属する装置。
13. １３．一つのフレームと、このフレームに移動可能に設けられた滑り部材と、こ の滑り部材に結合された位置検出用変換器と、前記滑り部材を駆動するモータお よび伝動装置を有する制御手段と、前記滑り部材に固定された測定ヘッドと、前 記位置検出用変換器、前記測定ヘッドおよび前記モータにそれぞれ接続され、前 記モータを制御し、かつ部品寸法を得る処理および制御手段とを備えたものにお いて、前記滑り部材は直線状の案内ロッドと、この案内ロッドの一方の側に位置 するようにその端部に結合され、前記測定ヘッドを支持する第１の支持部材と、 前記案内ロッドに結合されると共に、前記第１の支持部材に関して部分的に反対 側に位置するように前記案内ロッドを横切る方向に延長して設けられた第２の支 持部材とをそれぞれ備え、前記第２の支持部材は前記案内ロッドに結合された部 分と、前記モータによって駆動される伝動装置に結合された部分とを有し、前記 滑り部材に結合された前記位置検出用変換器が前記測定ヘッドと前記案内ロッド との間に配置されていることを特徴とする部品の直線寸法を測定するための装置 。
14. １４．前記案内ロッドが前記フレームに対して軸方向に移動可能に、かつ前記第 １および第２の支持部材が前記案内ロッドと共に動くように該案内ロッドにそれ ぞれ固定されることを特徴とする請求の範囲第１３項に従属する装置。