JPH06323835A - ねじ孔計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ねじ孔のねじ径、有効ねじ深さ、孔位置の計
測を全て定量的に行い、その計測工数を削減し、ライン
上での計測も可能にすることを目的とする。 【構成】 被計測ねじ孔４内に挿入され、エア吹出口5a
からねじ山4aへ向けて加圧エアを吹出すねじ測定子５
と、ねじ測定子５をねじ孔４内に挿入してそこで移動お
よび回転させる三次元移動機構６と、エア吹出口5aへ供
給される加圧エアの背圧の変化に基づきエア吹出口5aと
ねじ山4aとの距離を示す信号を出力する圧力−電圧変換
器９と、ねじ測定子５がねじ孔４内で移動しつつ一回転
してエア吹出口5aをねじ山4aの螺旋に沿わせて移動させ
る間に求まった前記距離の変化に基づきねじ孔４の中心
位置を計測するとともに、ねじ測定子５がねじ孔４内で
移動する間に求まった前記距離の変化に基づきねじ孔４
の内径ｄと谷径Ｄと有効ねじ深さＬとを計測するパーソ
ナルコンピュータ10と、を具えてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ワークのねじ孔の、
径方向寸法、有効ねじ深さおよび孔位置を自動計測する
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上述の如き計測を行う場合は従来、ねじ
孔のねじ径と有効ねじ深さとについては、図11（ａ）に
示す如き通常の検査用限界ねじゲージ１の通りゲージと
止まりゲージとをねじ孔内に手作業で交互にねじ込んで
みて、通りゲージが所定の有効ねじ深さまでねじ込める
一方で止まりゲージがねじ込めなければ公差範囲内であ
ると計測し、孔位置については、図11（ｂ）に示すよう
に、ねじ孔内に手作業でねじ込んだねじゲージ２の軸部
を汎用の三次元測定機のプローブ３で触ってその軸部の
位置を求めることにより計測する、という方法で行って
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のねじ孔の計測方法では、ねじ径と有効ねじ深さと
の計測については、限界ねじゲージ１を用い、人間の感
覚に依存して行うので、定量的な計測が不可能であると
ともに計測に工数が嵩むという問題があり、また孔位置
の計測については、三次元測定機にワークをセットしな
いと計測できないので、ライン上で計測することが実質
的に不可能であるとともに計測にこれも工数が嵩むとい
う問題があった。

【０００４】ところで近年、計測対象物へ向けてエア吹
出口から加圧エアを吹きつけて、その加圧エアの背圧の
変化状態を計測することにより、その対象物とエア吹出
口の間の距離を計測する、エアマイクロメータが知られ
ており、これを用いれば、対象物との間の距離を非接触
で定量的に計測することができる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述したエ
アマイクロメータの原理を利用して従来の計測方法の課
題を有利に解決した装置を提供することを目的とするも
のであり、この発明の第１のねじ孔計測装置は、被計測
ねじ孔内に挿入され、エア吹出口から前記ねじ孔内のね
じ山へ向けて加圧エアを吹出すねじ測定子と、前記ねじ
測定子を前記ねじ孔内に挿入してそのねじ孔内で回転お
よび進退移動させるねじ測定子移動手段と、前記エア吹
出口へ供給される加圧エアの背圧の変化に基づき、前記
エア吹出口と前記ねじ山との間の距離に対応する信号を
出力する距離計測手段と、前記ねじ測定子が前記ねじ孔
内で前記エア吹出口を前記ねじ山の螺旋に沿わせて移動
させるように進退方向へ移動しつつ一回転する間に求ま
った前記距離の変化に基づき、その距離が最短もしくは
最長になる向きを調べ、その向きおよびそれと反対の向
きでの前記距離から前記ねじ孔の中心位置を計測する中
心位置計測手段と、前記ねじ測定子が前記ねじ孔内で進
退方向へ移動する間に求まった前記距離の変化に基づ
き、前記ねじ孔の内径と、谷径と、有効ねじ深さとを計
測するねじ寸法計測手段と、を具えてなるものである。

【０００６】またこの発明の第２のねじ孔計測装置は、
被計測ねじ孔内に挿入され、エア吹出口から前記ねじ孔
内のねじ山へ向けて加圧エアを吹出すねじ測定子と、前
記ねじ測定子を前記ねじ孔内に挿入してそのねじ孔内で
回転および進退移動させるねじ測定子移動手段と、前記
ねじ測定子と前記ねじ孔内のねじ山とが接触したことを
検知する接触検知手段と、前記エア吹出口へ供給される
加圧エアの背圧の変化に基づき、前記エア吹出口と前記
ねじ山との間の距離に対応する信号を出力する距離計測
手段と、前記ねじ孔の周方向の複数位置で前記ねじ山に
接触した際の前記ねじ測定子の位置に基づき、前記ねじ
孔の中心位置を計測する中心位置計測手段と、前記ねじ
測定子が前記ねじ孔内で進退方向へ移動する間に求まっ
た前記距離の変化に基づき、前記ねじ孔の径方向寸法
と、有効ねじ深さとを計測するねじ寸法計測手段と、を
具えてなるものである。

【０００７】

【作用】かかる第１の装置にあっては、ねじ測定子移動
手段がねじ測定子を、先ず被計測ねじ孔に概略整列する
位置に移動させた後、前記ねじ孔内に挿入して、そのね
じ孔内で回転および進退移動させ、そのねじ孔内での回
転および進退移動の間、前記ねじ測定子が、エア吹出口
からそのねじ孔内のねじ山へ向けて加圧エアを吹出し、
これにより、距離計測手段が、前記エア吹出口へ供給さ
れる加圧エアの背圧の変化に基づきそのエア吹出口と前
記ねじ山との間の距離に対応する信号を出力し、中心位
置計測手段が、ねじ測定子が前記ねじ孔内で前記エア吹
出口を前記ねじ山の螺旋に沿わせて移動させるように進
退方向へ移動しつつ一回転する間に求まった前記距離の
変化に基づき、その距離が最短もしくは最長になる向き
を調べて、その向きおよびそれと反対の向きでの前記距
離から前記ねじ孔の中心位置を計測し、そしてねじ寸法
計測手段が、ねじ測定子が前記ねじ孔内で進退方向へ移
動する間に求まった前記距離の変化に基づき、前記ねじ
孔の内径と、谷径と、有効ねじ深さとを計測する。

【０００８】従って、この第１の装置によれば、ワーク
のねじ孔の、径方向寸法、有効ねじ深さおよび孔位置
を、エア吹出口と前記ねじ山との間の距離の変化に基づ
き自動計測することができるので、それらの計測を全て
定量的に行うことができるとともに、その計測に要する
工数を削減することができる。またこの装置によれば、
三次元測定機を用いずに計測ができるので、ライン上で
の計測を行うことができるとともに、計測時のワークの
セットに要する工数を削減することができる。

【０００９】また、上記第２の装置にあっては、ねじ測
定子移動手段がねじ測定子を、先ず被計測ねじ孔に概略
整列する位置に移動させた後、前記ねじ孔内に挿入し
て、そのねじ孔内でねじ孔の軸線に対し直角な方向へ、
接触検知手段がねじ測定子とねじ孔内のねじ山との接触
を検知するまで移動させて、そのねじ孔の周方向の複数
位置でねじ山にねじ測定子を接触させ、その接触した際
の前記ねじ測定子の位置に基づき、中心位置計測手段
が、ねじ孔の中心位置を計測し、次いで、ねじ測定子移
動手段がねじ測定子を、そのねじ孔内で回転および進退
移動させ、そのねじ孔内での回転および進退移動の間、
前記ねじ測定子が、エア吹出口からそのねじ孔内のねじ
山へ向けて加圧エアを吹出し、これにより、距離計測手
段が、前記エア吹出口へ供給される加圧エアの背圧の変
化に基づきそのエア吹出口と前記ねじ山との間の距離に
対応する信号を出力し、そしてねじ寸法計測手段が、ね
じ測定子が前記ねじ孔内で進退方向へ移動する間に求ま
った前記距離の変化に基づき、前記ねじ孔の径方向寸法
と、有効ねじ深さとを計測する。

【００１０】従って、この第２の装置によっても、ワー
クのねじ孔の径方向寸法、有効ねじ深さおよび孔位置
を、ねじ山と接触したねじ測定子の位置および、エア吹
出口と前記ねじ山との間の距離の変化に基づき自動計測
することができるので、それらの計測を全て定量的に行
うことができるとともに、その計測に要する工数を削減
することができ、また、三次元測定機を用いずに計測が
できるので、ライン上での計測を行うことができるとと
もに、計測時のワークのセットに要する工数を削減する
ことができる。

【００１１】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳
細に説明する。図１は、この発明の第１のねじ孔計測装
置の一実施例を示す構成図であり、この実施例の装置
は、ワークのねじ孔４の各種寸法と孔位置とを計測する
ためのものであって、エア吹出口5aを側面に持つねじ測
定子５と、そのねじ測定子５を三次元方向へ任意の位置
に移動させ得るとともにその中心線Ｃ_d 周りに任意の角
度に回転させ得る、ねじ測定子移動手段としての、例え
ば通常のＮＣ工作機械の工具移動機構からなる三次元移
動機構６と、工場のエアライン等の加圧エア供給源７か
ら供給される加圧エアを適当に調整してねじ測定子５の
エア吹出口5aへ供給する加圧エア調整回路８と、その加
圧エア調整回路８とエア吹出口5aとの間に介挿され、エ
ア吹出口5aへ供給される加圧エアの背圧の変化を電圧の
変化に変換して出力する、距離計測手段としての圧力−
電圧変換器９と、圧力−電圧変換器９の出力電圧をデジ
タル値に変換してその値に基づきねじ孔の各種寸法計測
を行う、中心位置計測手段およびねじ寸法計測手段とし
ての通常のパーソナルコンピュータ（いわゆるパソコ
ン）10と、そのパーソナルコンピュータ10からの信号に
基づき上記三次元移動機構６の作動を数値制御する、例
えば上記ＮＣ工作機械の、通常のマイクロコンピュータ
を持つコントローラ11と、を具えてなる。

【００１２】ここで、上記加圧エア調整回路８は例え
ば、図２に示すように、開閉弁8aと、サブミクロンエア
フィルタ8bと、オイルミストセパレータ8cと、レギュレ
ータ8dと、減圧弁8eとを直列に繋ぐことにて構成するこ
とができ、また上記圧力−電圧変換器９は例えば、これ
も図２に示すように、供給された加圧エアを分岐させる
二回路9a, 9bを、通常の差圧検出部9cの感圧ダイアフラ
ムの両側に、それぞれ絞り弁9dを介して接続し、それら
のうちの一方の回路9aを、絞り弁9eを介して大気中へ開
放するとともに、他方の回路9bを、ねじ測定子５のエア
吹出口5aに接続する加圧エア供給路とし、さらに、上記
感圧ダイアフラムの変位による静電容量の変化やブリッ
ジを構成する抵抗の抵抗値の変化等を増幅して電圧変化
として出力する図示しない増幅器を設けることにて構成
することができる。なお、ねじ測定子５は回転するの
で、ねじ測定子５のエア吹出口5aと上記回路9bとの間
は、ねじ測定子５の回転を許容しつつエア回路を接続す
る、図示しない通常のロータリー式カプラによって接続
されている。

【００１３】かかる装置を用いて、ワークの、一つある
いは複数のねじ孔４の計測を行うに際しては、パーソナ
ルコンピュータ10にあらかじめ入力した、図３に示す手
順を実行する。すなわちここでは、ワークを所定位置に
位置させた後、先ず、ステップ21で、パーソナルコンピ
ュータ10からの信号によりコントローラ11で三次元移動
機構６を作動させて、ねじ測定子５を、ねじ孔４に対向
し、そのねじ孔４の中心線Ｃ_h とねじ測定子５の中心線
Ｃ_d とが概略一致する位置に移動させて、ねじ測定子５
を、ねじ孔４のねじ山4aと干渉させずにねじ孔４内へ挿
入し得るようにする。

【００１４】ここで、上記ねじ孔４に対向する位置への
移動は、ワークの位置決め精度が充分高い場合には、あ
らかじめ与えたデータに基づき、ワークの位置決め位置
を基準として設計上でのねじ孔４の位置にねじ測定子５
を自動的に移動させるようにすれば良いが、ワークの位
置決め精度がそれほど高くない場合には、例えば、三次
元移動機構６を手動操作で作動させて、図１に示すワー
クの、ねじ測定子５よりも径が僅かに大きい基準孔12内
にねじ測定子５を嵌め合わせた後、その基準孔12の位置
を基準として設計上でのねじ孔４の位置にねじ測定子５
を自動的に移動させることにより行う。

【００１５】ワークの位置決め精度がそれほど高くない
場合の、上記ねじ孔４に対向する位置へのねじ測定子５
の移動はまた、図４や図５に示す方法で行っても良く、
図４に示す方法では、ねじ測定子５の下端部に四方へむ
けて斜め下向きにエア吹出口5bをそれぞれ設け、ワーク
の位置決め位置を基準として設計上でのねじ孔４の位置
にねじ測定子５を自動的に移動させた後、それら四つの
エア吹出口5bへ供給する加圧エアの背圧の変化に基づく
電圧変化をエア回路の切換え等によって独立に計測しつ
つ、ねじ測定子５の位置を、それら四つのエア吹出口5b
に各々対応する四つの電圧値が互いに等しくなるように
修正する。この方法によれば、位置修正後は、四つのエ
ア吹出口5bの各々とねじ孔４の入口の面取り部4bとの間
の距離が等しくなるので、ねじ測定子５の中心線Ｃ_d が
ねじ孔４の中心線Ｃ_h に比較的高い精度で一致し、それ
ゆえ、ねじ孔４内への挿入時に、ねじ測定子５とねじ山
4aとの干渉を確実に防止することができる。

【００１６】そして図５に示す方法では、ねじ測定子５
の下端部に下向きにエア吹出口5cを設け、ワークの位置
決め位置を基準として設計上でのねじ孔４の位置にねじ
測定子５を自動的に移動させた後、そのエア吹出口5cへ
供給する加圧エアの背圧の変化に基づく電圧変化を計測
しつつ、ねじ測定子５をその中心線Ｃ_d と直角な二方向
へ、図中矢印で示す如くねじ孔４を横切るように移動さ
せて、それらの二方向の各々につき電圧が最低になる位
置すなわちエア吹出口5cとワークとの距離が最大になる
ため加圧エアの背圧が最低になる位置を求め、それらの
位置を基に中心線Ｃ_d からのエア吹出口5cのオフセット
量を補正した位置を、前記各方向についてのねじ孔４の
中心線Ｃ_h の位置として、ねじ測定子５の中心線Ｃ_d が
前記中心線Ｃ_h に一致するようにねじ測定子５の位置を
修正する。この方法によれば、実際に求めたねじ孔４の
中心線Ｃ_h の位置を用いてねじ測定子５の位置を修正す
るので、ねじ測定子５の中心線Ｃ_d がねじ孔４の中心線
Ｃ_h に比較的高い精度で一致し、それゆえこの方法で
も、ねじ孔４内への挿入時に、ねじ測定子５とねじ山4a
との干渉を確実に防止することができる。

【００１７】上記の如くしてねじ孔４に対向する位置へ
ねじ測定子５を移動させた後、ここではステップ22で、
パーソナルコンピュータ10からの信号によりコントロー
ラ11で三次元移動機構６を作動させて、ねじ測定子５
を、図１に示す如く、ねじ孔４内に、その孔の入口に近
いがエア吹出口5cからの加圧エアが孔の外へ漏れない程
度の中間の深さまで挿入する。なお、ねじ孔４内に異物
がつまっていた場合に、上記挿入によってねじ測定子５
が損傷するのを防止するため、実際の装置では通常、図
６に示すように、ねじ測定子５を三次元移動機構６のホ
ルダ6aで、その内部に引っ込み得るように支持し、スプ
リングでねじ測定子５を常時進出附勢する構造が採られ
るが、その場合には、エア吹出口5aへの加圧エアの供給
口6bを、好ましくは図示の如く、ねじ測定子５が引っ込
むとそれによって閉止される位置に設ける。このように
すれば、上記挿入によりねじ孔４内の異物13に当接して
ねじ測定子５が引っ込むと、供給口6bの閉止により、ね
じ孔計測用の加圧エアの背圧が異常に上昇して電圧変化
も異常上昇を示すので、ねじ測定子５の異物13への当接
を、別途のセンサやスイッチで検出しなくても容易に知
ることができ、それゆえ、回転するねじ測定子５へセン
サやスイッチを別途設けることによる電気配線の煩雑化
を避けることができる。

【００１８】ねじ測定子５をねじ孔４内の、入口に近い
中間深さまで挿入したら、ここでは次いでステップ23
で、パーソナルコンピュータ10からの信号によりコント
ローラ11で三次元移動機構６を作動させて、例えばＮＣ
工作機械のリジッドタップ機能と同様のプログラムによ
り、ねじ測定子５を、図７（ａ）に示す如く、図中実線
で示す上記挿入位置から図中仮想線で示す位置までねじ
山4aの一ピッチ（Ｐ）分進入方向へ移動させつつその移
動に同期させて一回転させ、これによりエア吹出口5aを
ねじ山4aの螺旋に沿わせて１ピッチ分移動させ、その移
動の間に圧力−電圧変換器９が連続的に出力した、１ピ
ッチ分のねじ山4aの螺旋に沿うエア吹出口5aとねじ山4a
との間の距離の変化に対応する電圧の変化をパーソナル
コンピュータ10で調べて、その電圧が最大になるねじ測
定子５の向きを捜す。

【００１９】ここで、上記加圧エアの背圧は、エア吹出
口5aとねじ山4aとの間の距離が近くなればなるほど、エ
ア吹出口5aからの加圧エアの吹出し抵抗が増すため上昇
し、その背圧の上昇は、圧力−電圧変換器９の出力電圧
を大きくし、上記距離の変化と出力電圧の変化とは、概
ね線形の関係にあることが知られている。従って、上記
電圧が最大になるねじ測定子５の向きは、図７（ｂ）に
示すように、エア吹出口5aとねじ山4aとの間の距離が最
短になる向きとなる。なお、上記出力電圧の値をパーソ
ナルコンピュータ10で、あらかじめ試験により求めた変
換表や変換式等を用いて距離に変換すれば、エア吹出口
5aとねじ山4aとの間の距離、ひいてはねじ山4aの、エア
吹出口5aが対向している部分の位置を求めることができ
る。

【００２０】次のステップ24では、パーソナルコンピュ
ータ10からの信号によりコントローラ11で三次元移動機
構６を作動させて、ねじ測定子５を、上記最短距離の向
きに向けてからその向きのままで、図８に示すように、
進入方向へねじ山4aの２〜３ピッチ（Ｐ）分移動させ、
その移動の間に圧力−電圧変換器９が連続的に出力し
た、図９に示す如き、エア吹出口5aとねじ山4aとの間の
距離の変化に対応する電圧の変化をパーソナルコンピュ
ータ10で調べて、その電圧変化中の極大値Ｍを平均した
値を距離に変換することによりねじ山4aの頂点位置を求
めるとともに、その電圧変化中の極小値ｍを平均した値
を距離に変換することによりねじ山4aの谷底位置を求
め、これにより、図７（ｂ）に示すねじ山4aの周方向の
Ａ点でのねじ山4aの頂点位置と谷底位置とを求める。

【００２１】次のステップ25では、パーソナルコンピュ
ータ10からの信号によりコントローラ11で三次元移動機
構６を作動させて、ねじ測定子５を180 °回転させるこ
とにより、エア吹出口5aを上記と反対の向き、すなわち
エア吹出口5aとねじ山4aとの間の距離が最長になる向き
に向け、続くステップ26では、ステップ24と同様にし
て、ねじ山4aの頂点位置を求めるとともにねじ山4aの谷
底位置を求め、これにより、図７（ｂ）に示す、ねじ山
4aの周方向の、Ａ点から180 °回ったＢ点でのねじ山4a
の頂点位置と谷底位置とを求める。ここで、上記Ａ点と
Ｂ点とは、ねじ孔４の直径方向に互いに対向する。そこ
で、続くステップ27では、パーソナルコンピュータ10で
演算して、上記Ａ点およびＢ点でのねじ山4aの頂点位置
間の距離である、図１に示すねじ孔４の内径ｄを求める
とともに、上記Ａ点およびＢ点でのねじ山4aの谷底位置
間の距離である、図１に示すねじ孔４の谷径Ｄを求め
る。

【００２２】次のステップ28では、パーソナルコンピュ
ータ10からの信号によりコントローラ11で三次元移動機
構６を作動させて、ねじ測定子５を、図10に示すよう
に、例えば、有効ねじ深さの設計値Ｌ_d よりも２ピッチ
分深い位置へ進入させた後、その位置から、例えば上記
設計値Ｌ_d よりも１ピッチ分浅い位置まで後退方向へ移
動させ、その移動の間に圧力−電圧変換器９が連続的に
出力した、図９に示す如き、エア吹出口5aとねじ山4aと
の間の距離の変化に対応する電圧の変化をパーソナルコ
ンピュータ10で調べて、エア吹出口5aとねじ山4aの谷底
との間の距離が先に谷径Ｄを求める基礎とした距離に対
し寸法公差に基づく所定範囲内に入る、すなわち、ねじ
山4aの高さが所定高さを維持する、エア吹出口5aの最大
進入深さを求め、その最大進入深さを有効ねじ深さＬと
する。

【００２３】そして最後のステップ29では、上記Ａ点お
よびＢ点でのねじ山4aの頂点位置間もしくは谷底位置間
の中点を求める。かかる中点が、ねじ孔４の中心線Ｃ_h
の位置、すなわちねじ孔４の孔位置となる。

【００２４】従って、この実施例の装置によれば、ワー
クのねじ孔４の、内径ｄ、谷径Ｄ、有効ねじ深さＬおよ
び孔位置を、エア吹出口5aとねじ山4aとの間の距離の変
化に基づき自動計測することができるので、それらの計
測を全て定量的に行うことができるとともに、その計測
に要する工数を削減することができる。またこの装置に
よれば、三次元測定機を用いず通常のＮＣ工作機械を利
用して計測ができるので、ワーク加工ライン上での計測
を行うことができるとともに、計測時のワークのセット
に要する工数を削減することができる。

【００２５】図11は、この発明の第２のねじ孔計測装置
の一実施例を示す構成図であり、図中図１に示すと同様
の部分は、それと同一の符号にて示す。すなわちこの実
施例の装置も、ワークのねじ孔４の各種寸法と孔位置と
を計測するためのものであって、エア吹出口5aを側面に
持つねじ測定子５と、そのねじ測定子５を三次元方向へ
任意の位置に移動させ得るとともにその中心線Ｃ_d 周り
に任意の角度に回転させ得る、ねじ測定子移動手段とし
ての、例えば通常のＮＣ工作機械の工具移動機構からな
る三次元移動機構６と、工場のエアライン等の加圧エア
供給源７から供給される加圧エアを適当に調整してねじ
測定子５のエア吹出口5aへ供給する加圧エア調整回路８
と、その加圧エア調整回路８とエア吹出口5aとの間に介
挿され、エア吹出口5aへ供給される加圧エアの背圧の変
化を電圧の変化に変換して出力する、距離計測手段とし
ての圧力−電圧変換器９と、圧力−電圧変換器９の出力
電圧をデジタル値に変換してその値に基づきねじ孔の各
種寸法計測を行う、中心位置計測手段およびねじ寸法計
測手段としての通常のパーソナルコンピュータ（パソコ
ン）10と、そのパーソナルコンピュータ10からの信号に
基づき上記三次元移動機構６の作動を数値制御する、例
えば上記ＮＣ工作機械の、通常のマイクロコンピュータ
を持つコントローラ11と、を具えるとともに、さらに上
記ねじ測定子５と三次元移動機構６との間に、ねじ測定
子５がねじ山4aに接触したことを検知する、接触検出手
段としてのプローブ装置14を具えてなる。

【００２６】ここで上記プローブ装置14は、上記三次元
移動機構６に装着され、ねじ測定子５がねじ山4aに接触
して該装置14に対し相対的に平行移動あるいは傾動する
ことを許容するとともに、その接触がなくなればねじ測
定子５を該装置14に対し所定の原位置に復帰させるよう
に、既知の支持機構によって上記ねじ測定子５を弾性的
に支持し、そして、ねじ測定子５がねじ山4aに接触した
ことを、その支持機構の作動を検出する圧電素子等によ
り検知し、あるいはねじ測定子５とねじ山4aとの電気的
導通から検知して、パーソナルコンピュータ10にその旨
の信号を出力する。また、ねじ測定子５は回転するもの
の、その回転角は最大でも360 度であるので、ねじ測定
子５のエア吹出口5aと上記回路9bとの間は、ねじ測定子
５の360度の回転を許容しつつエア回路を接続する、適
当な長さの図示しないエア用ホースによって接続されて
いる。

【００２７】かかる装置を用いて、ワークの、一つある
いは複数のねじ孔４の計測を行うに際しては、パーソナ
ルコンピュータ10にあらかじめ入力した、図12に示す手
順を実行する。すなわちここでは、ワークを所定位置に
位置させた後、先ず、ステップ31で、例えばあらかじめ
与えたデータに基づくパーソナルコンピュータ10からの
信号により、コントローラ11で三次元移動機構６を作動
させて、ねじ測定子５を、ねじ孔４に対向し、そのねじ
孔４の中心線Ｃ_h とねじ測定子５の中心線Ｃ_dとが概略
一致する位置に移動させ、その位置から、図13（ａ）に
示すように、ねじ測定子５を前進させて、ねじ孔４内の
ねじ山4aと干渉させずにねじ孔４内へ、その入口から若
干入った位置まで挿入する。

【００２８】次いでここではステップ32で、パーソナル
コンピュータ10からの信号により、コントローラ11で三
次元移動機構６を作動させて、ねじ測定子５を、図13
（ｂ）に示す如く、ねじ孔４内で、ねじ孔の中心位置を
特定し得る複数方向、すなわちここではそのねじ孔の軸
線に直角で、かつ互いに直角な四方向へ移動させ、その
それぞれの移動中、プローブ装置14からの信号の有無を
パーソナルコンピュータ10で監視して、ねじ測定子５が
ねじ山4aと接触したことを示す信号をプローブ装置14が
出力したら直ちにねじ測定子５の移動を停止させ、パー
ソナルコンピュータ10で、応答時間分の移動を補正した
ねじ測定子５のねじ山4aとの接触時の位置を上記四方向
についてそれぞれ求めて、それらの位置にあるねじ測定
子５の外周面が内接する円の中心位置を演算することに
より、ねじ孔４の中心位置を求め、それが所定公差内に
あるか否かを調べて、中心位置の合否判断を行う。

【００２９】次いでここではステップ33で、パーソナル
コンピュータ10からの信号により、コントローラ11で三
次元移動機構６を作動させて、ねじ測定子５を、図14
（ａ）および（ｂ）に示す如く、一旦上記ねじ孔中心位
置に移動させた後、続くステップ34で、パーソナルコン
ピュータ10からの信号により、コントローラ11で三次元
移動機構６を作動させて、ねじ測定子５を、図15（ｂ）
に示す如く、そのエア吹出口5aが向いているエア吹出し
方向へ、当該ねじ孔４の内径に対応してそのエア吹出口
5aとねじ山4aとが所定距離まで接近するまで移動させ、
その移動中、ねじ測定子５の暴走を防止するため、エア
吹出口5aからエアを吹き出させておいて、パーソナルコ
ンピュータ10で、圧力−電圧変換器９がエア圧から変換
した電圧を監視する。

【００３０】そして、上記移動中、ねじ測定子５のエア
吹出口5aがねじ山4aに接近し過ぎてエア圧が許容値を越
えた場合には、ステップ35からステップ36へ進み、ねじ
測定子５の移動を停止させて、接近し過ぎの原因を調査
し、その原因を除去した後、ねじ測定子５を再びねじ孔
中心位置に戻しステップ34へ復帰する。これにより、例
えば測定するねじ孔内径の設定ミスにより実際のねじ孔
の内径が設定した内径よりも小さかった場合や、ねじ山
に異物が付着していたりした場合に、上記移動によって
過度に干渉が生じてねじ測定子５やねじ山4aが破壊され
たりするのを有効に防止することができる。なお、ねじ
孔内径のチェックのみであれば、上記ステップ32で求め
たねじ測定子５のねじ山4aとの接触時の位置からねじ孔
内径を求めて行うこともできる。

【００３１】この一方、上記移動中、エア圧が許容値を
越えなかった場合には、ステップ35からステップ37へ進
み、パーソナルコンピュータ10からの信号により、コン
トローラ11で三次元移動機構６を作動させて、ねじ測定
子５を、図15（ａ）中矢印で示す如く、タップ深さ方向
すなわち孔底方向へ移動させ、その移動中に、エア吹出
口5aからエアを吹き出させておいて、パーソナルコンピ
ュータ10で、圧力−電圧変換器９がエア圧から変換した
電圧を取り込み、その電圧の変化状態を記録する。これ
により一回目のねじ孔測定が行われ、次いでここではス
テップ38で、パーソナルコンピュータ10からの信号によ
り、コントローラ11で三次元移動機構６を作動させて、
ねじ測定子５を、上記ねじ孔中心位置に戻し、その位置
で中心線Ｃ_d 周りに180 度反転させる。

【００３２】そしてその後は、図16（ｂ）に示す如く、
上記ステップ34〜36と同様にしてねじ測定子５の暴走を
防止しつつねじ測定子５をエア吹出し方向へ、当該ねじ
孔４の内径に対応してそのエア吹出口5aとねじ山4aとが
所定距離まで接近するまで移動させ、次いでステップ42
で、上記ステップ37と同様にしてねじ測定子５を、図16
（ａ）中矢印で示す如く、ねじ孔入口方向へ移動させ、
その移動中に、エア吹出口5aからエアを吹き出させてお
いて、パーソナルコンピュータ10で、圧力−電圧変換器
９がエア圧から変換した電圧を取り込み、その電圧の変
化状態を記録する。これにより二回目のねじ孔測定が行
われ、次いでここでは、ステップ43で、パーソナルコン
ピュータ10からの信号により、コントローラ11で三次元
移動機構６を作動させて、ねじ測定子５をねじ孔４の外
へ移動させるとともに、上記二回のねじ孔測定で得た電
圧の変化状態のデータをパーソナルコンピュータ10で、
別途求めたねじ山とエア吹出口5aとの距離と電圧との関
係を示すグラフあるいは関係表と比較して、上記二回の
測定データの例えば平均値に基づき、そのねじ孔４の実
際の有効径および有効ねじ深さを求め、それらを設定値
と比較して、ねじ孔４の寸法の合否判定を行う。

【００３３】従って、この実施例の装置によっても、ワ
ークのねじ孔４の、有効径、有効ねじ深さおよび孔位置
を、エア吹出口5aとねじ山4aとの間の距離の変化に基づ
き自動計測することができることから、それらの計測を
全て定量的に行うことができるとともに、その計測に要
する工数を削減することができ、また、三次元測定機を
用いず通常のＮＣ工作機械を利用して計測ができること
から、ワーク加工ライン上での計測を行うことができる
とともに、計測時のワークのセットに要する工数を削減
することができる。

【００３４】さらに図17は、多軸切削工具を持つ加工ヘ
ッドを複数取り付け得るＮＣタレットマシンを用いて複
数のタップ孔の同時計測を行い得るようにした、この発
明の第１の装置の他の実施例としての多軸タップ孔計測
装置を示しており、図中先に述べた実施例と同様の部分
はそれと同一の符号にて示す。

【００３５】この装置の基幹部となるＮＣタレットマシ
ンは、タレットヘッド49と、タレットヘッド割り出し駆
動ユニット50と、フィードユニット51とを具えてなり、
ここで、タレットヘッド49は、最大四つの加工ヘッドを
取り付け可能なヘッド取り付け面を有し、割り出し回動
されて、図17では左方の、加工のための所定割り出し位
置にそれらの加工ヘッドの一つを位置させるとともに、
その割り出し位置に位置させた加工ヘッドに装着された
複数本の工具を同時に回転駆動し、またタレットヘッド
割り出し駆動ユニット50は、そのタレットヘッド49を上
記の如く割り出し回動させ、そしてフィードユニット51
は、そのタレットヘッド割り出し駆動ユニット50をタレ
ットヘッド49と共に互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ軸の方向へ
移動させて、上記所定割り出し位置に位置した加工ヘッ
ドの工具の位置決めと切削送りとを行う。

【００３６】この実施例では、かかるＮＣタレットマシ
ンを用いて、複数のタップ孔の同時加工と、それらの孔
内の洗浄およびエアブローと、それらのタップ孔の検査
とを同一の工程で行うため、上記タレットヘッド49のヘ
ッド取り付け面に、ドリルヘッド52と、タップヘッド53
と、洗浄・エアブローヘッド54との三種類の加工ヘッド
が取り付けられるとともに、それらの加工ヘッドと同様
の回転伝達構造を持つ測定ヘッド55が取り付けられてい
る。

【００３７】図18は、上記測定ヘッド55の内部構造を示
すとともにこの実施例の装置の制御系を示す説明図であ
り、測定ヘッド55のヘッド本体は、フロントカバー56、
センターケース57およびリヤケース58にて構成されてい
て、複数本のスピンドル59と一本の被駆動軸60とを回転
自在に支持しており、それらのスピンドル59は被駆動軸
60に、歯車伝動機構61を介して駆動結合し、その被駆動
軸60は、測定ヘッド55が上記所定割り出し位置に位置す
ると、主軸カップリング62を介し、タレットヘッド49内
の主軸駆動モータ63によって回転駆動される主軸64に駆
動結合される。なお、その主軸駆動モータ63は、パーソ
ナルコンピュータ10に接続されたコントローラ11によっ
てその作動を制御され、コントローラ11は、上記フィー
ドユニット51のＸ軸モータ、Ｙ軸モータおよびＺ軸モー
タの作動も制御する。

【００３８】上記各スピンドル59内には、ロッド65が進
退移動可能に、かつスピンドル59と一体的に回転するよ
うに収容されており、各ロッド65は、スプリング66によ
り前進方向へ常時付勢されるとともに、キャップ67によ
りつスピンドル59内からの抜け出しを防止され、さらに
その内部に先端まで至るエア通路が形成されている。そ
してそのロッド65の先端部には、図19に示すように、エ
ア吹出口5aを先端部に横向きに持つねじ測定子５が装着
されており、各ねじ測定子５へスピンドル59内のロッド
65を介し計測用の加圧エアを個別に供給するため測定ヘ
ッド55のセンターケース57内には、ロータリージョイン
ト（ロータリー式カプラ）機構68が形成され、そのロー
タリージョイント機構68への加圧エア調整回路８からの
加圧エアの供給は、カップリング装置69を介して行うこ
とができる。

【００３９】このカップリング装置69は、図20および図
21に示すように、各加工ヘッド52〜54および測定ヘッド
55の側面にそれぞれ固定されたカップリングマニホール
ド70と、タレットヘッド割り出し駆動ユニット50に進退
移動可能に設けられてシリンダ71により進退駆動される
ニップルマニホールド72とを具え、そのニップルマニホ
ールド72は前進時に、上記所定割り出し位置に位置した
いずれかのヘッド52〜55のカップリングマニホールド70
に嵌合することができ、ここで、各カップリングマニホ
ールド70には、それに対応するヘッドで必要とする流
体、すなわちドリルヘッド52およびタップヘッド53では
冷却用切削油およびエアカーテン用エア、洗浄・エアブ
ローヘッド54では洗浄用切削油およびエアブロー用エ
ア、そして測定ヘッド55では計測用加圧エアの供給のた
めのポートだけが設けられ、一方、ニップルマニホール
ド72には、それに嵌合した各ヘッド52〜55へそれぞれの
流体を供給するために、エアカーテンポート72a, 切削
油ポート72b, エアブローポート72c および計測用加圧
エアポート72d がそれぞれ設けられており、それらのポ
ート72a 〜72d は、ホース73を介して上記加圧エア調整
回路８や図示しない切削油供給源等に接続されている。

【００４０】かかる装置によれば、前記第１の装置の先
に記した実施例についての図３に示すフローチャーと同
様の手順によって、図19に示すように、水平方向へ延在
するタップ孔４の中心位置、径方向寸法および有効ねじ
深さの計測を、複数のタップ孔４について同時に行い得
て、それらのタップ孔の計測時間を、一本づつ計測する
場合に比べて大幅に削減することができ、またタップ孔
の加工・エア洗浄と検査とを同一の工程で行うことがで
きるので、加工ステーション毎の品質管理を行い得て、
月産10,000台程度の多量生産ラインにおいて特に有効な
生産システムを構築することができる。

【００４１】なお、上記ロッド65をスピンドル59内に進
退移動可能に収容するとともにスプリング66で常時付勢
したのは、計測するタップ孔に破損した切削工具や切粉
等の異物が詰まっていたり、タップ孔の加工位置に大幅
なズレが生じていたりする加工不良があって、送り移動
中のねじ測定子５がそれらの異物や孔の周辺部に当接し
た場合に、ねじ測定子５が後退し得るようにするためで
あり、これによりねじ測定子５は、上記の如き加工不良
から保護されている。そしてここではさらに、それらの
加工不良を検出するため、各ロッド65の後端部に検出用
ドック74が設けられるとともに、測定ヘッド55のヘッド
本体に、各ねじ測定子５の後退によるロッド65ひいては
検出用ドック74の後退を検出するセンサ75が固定されて
おり、それらのセンサ75が出力する後退信号は、無接点
式多点電送器76を介して上記パーソナルコンピュータ10
に入力される。従ってこの装置によれば、切削工具の破
損や切粉等によるタップ孔の詰まり、大幅な孔位置のズ
レ等の加工不良を、それらからねじ測定子５を保護しつ
つ、自動的に検出することもできる。

【００４２】図22は、生産設備の検査工程に適用した、
この発明の第１および第２の装置の応用例を示すもので
あり、ここではねじ測定子５が、後述するコンタリング
送りを行い得るＮＣマシン81に、前記第１の装置に対応
して直接的に、あるいは前記第２の装置に対応してワー
クとの接触を検知し得るようなセンサを介して装着され
て、図23（ａ）に示す鋳造粗材の孔内の鋳物巣や割れや
異物、同図（ｂ）に示すスプラインやセレーションやス
ナップリング溝等の孔形状、同図（ｃ）に示すベアリン
グのローラやボールの欠品、同図（ｄ）に示すバルブシ
ートやベアリングアウタレースの着座不良、同図（ｅ）
に示す交差孔のバリ等の検査に用いられる。

【００４３】具体的には、ＮＣマシン81の所定位置に検
査対象ワーク82が位置決め固定された後、図22中に仮想
線で示すとともに図24に示すように、ねじ測定子５が移
動されてその検査対象ワーク82の孔82a 内に挿入され、
その孔82a 内でねじ測定子５がコンタリング送りされ
る。すなわちねじ測定子５は、図24中実線の矢印で示す
如く、それ自身の中心線Ｃ_d 周りに自転すると同時に、
図24中破線の矢印で示す如く、孔82a の中心線Ｃ_h 周り
に公転しつつ前方へ進んで、そのエア吹出口5aをあたか
もねじ山をなぞらせるように常に孔82a の内壁面に対向
させつつ好ましくは１〜２mm程度のピッチで螺旋状に移
動させる。かかる方法によれば、ねじ測定子５で、孔82
a の内側を隈なく走査することができるので、例えばそ
こに巣や割れや異物等があれば、それらを図25に示すよ
うに計測用加圧エアの背圧の変化として自動的に検出す
ることができ、しかもそれら巣や割れや異物等の大きさ
も検出することができ、また上述したスプラインやセレ
ーション、スナップリング溝等の孔形状、ベアリングの
ローラやボールの欠品、バルブシートやベアリングアウ
タレースの着座不良、交差孔のバリ等も、自動的にかつ
容易に検出することができる。

【００４４】なお、好ましくはエア吹出口5aの内径を１
〜２mmとし、孔82a の内壁面とエア吹出口5aとの隙間を
0.1 〜0.2mm とし、加圧エアの圧力を0.2 〜0.5kg/cm²
とすれば、巣や割れや異物等を10μ程度の高い感度で検
出することができる。

【００４５】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、図３中
のステップ23で、最小電圧を示す向きすなわち距離が最
長になる向きを捜しても良く、またステップ29での孔位
置を求める処理を、ステップ26までの手順でねじ山4aの
周方向に互いに対向するＡ点およびＢ点でのねじ山4aの
頂点位置もしくは谷底位置が求まった後、ステップ27や
ステップ28よりも先に行っても良い。そして、上記図示
例ではねじ測定子をその中心線が垂直方向または水平方
向へ延在する姿勢に配置して上向きのまたは横向きのね
じ孔の計測を行っているが、ねじ測定子をその中心線が
斜め方向に延在する姿勢に配置して、斜め向きのねじ孔
の計測を行っても良い。

【００４６】

【発明の効果】かくしてこの発明のねじ孔計測装置によ
れば、ワークのねじ孔の径方向寸法、有効ねじ深さおよ
び孔位置を、エア吹出口と前記ねじ山との間の距離の変
化に基づき、あるいはそれと、ねじ山と接触したねじ測
定子の位置とに基づき、自動計測することができるの
で、それらの計測を全て定量的に行い得るとともにその
計測に要する工数を削減することができる。また、この
装置によれば、三次元測定機を用いずに計測ができるの
で、ライン上での計測を行い得るとともに計測時のワー
クのセットに要する工数を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１のねじ孔計測装置の一実施例を
示す構成図である。

【図２】上記実施例の装置で用いる加圧エア調整回路と
圧力−電圧変換回路との具体的構成を例示する構成図で
ある。

【図３】上記実施例の装置によるねじ孔計測の手順を示
すフローチャートである。

【図４】上記実施例の装置でねじ測定子をねじ孔に対向
する位置に移動させる方法の一例を示す説明図である。

【図５】上記実施例の装置でねじ測定子をねじ孔に対向
する位置に移動させる方法の他の一例を示す説明図であ
る。

【図６】上記実施例の装置でねじ測定子をねじ孔に挿入
する際の異物検出方法の一例を示す説明図である。

【図７】（ａ）は、上記実施例の装置によりねじ測定子
をねじ孔内で進入させつつ一回転させる方法を示す説明
図であり、（ｂ）は、その間に求まった距離に基づきそ
の距離が最短になる向きおよびねじ孔位置を調べる方法
を示す説明図である。

【図８】上記実施例の装置によりねじ山の頂点と谷底の
位置を求める方法を示す説明図である。

【図９】上記実施例の装置によりねじ測定子をねじ孔内
の入口から孔底付近まで進入させた場合に圧力−電圧変
換器が出力する電圧の変化状態を示す特性図である。

【図１０】上記実施例の装置によりねじ孔の有効ねじ深
さを求める方法を示す説明図である。

【図１１】この発明の第２のねじ孔計測装置の一実施例
を示す構成図である。

【図１２】上記実施例の装置によるねじ孔計測の手順を
示すフローチャートである。

【図１３】（ａ），（ｂ）は、上記実施例の装置による
ねじ孔の中心位置の計測方法を示す断面図および正面図
である。

【図１４】（ａ），（ｂ）は、上記実施例の装置の、ね
じ孔寸法の計測開始状態を示す断面図および正面図であ
る。

【図１５】（ａ），（ｂ）は、上記実施例の装置の、ね
じ孔寸法の一回目の計測中の状態を示す断面図および正
面図である。

【図１６】（ａ），（ｂ）は、上記実施例の装置の、ね
じ孔寸法の二回目の計測中の状態を示す断面図および正
面図である。

【図１７】上記第１のねじ孔計測装置の他の実施例とし
ての多軸タップ孔計測装置を示す側面図である。

【図１８】上記実施例の装置の測定ヘッドの内部構造を
示すとともにその装置の制御系を示す説明図である。

【図１９】上記実施例の装置のスピンドル先端部および
ロッド先端部の構造を示す断面図である。

【図２０】上記実施例の装置の測定ヘッドおよびタレッ
トヘッド割り出し駆動ユニットの部分を示す正面図であ
る。

【図２１】上記実施例の装置のカップリング装置のニッ
プルマニホールド側を示す、図20の矢印Ａ方向から見た
矢視図である。

【図２２】生産設備の検査工程に適用した上記第１およ
び第２の装置の応用例を示す説明図である。

【図２３】（ａ）〜（ｅ）は、上記応用例の適用対象を
示す説明図である。

【図２４】（ａ），（ｂ）は、上記応用例における検査
対象ワークの孔内の検査方法を示す説明図である。

【図２５】上記応用例における検査結果を示す説明図で
ある。

【図２６】（ａ）は、従来のねじ孔計測方法のうち、ね
じ径と有効ねじ深さとの計測に用いる限界ねじゲージを
示す平面図であり、（ｂ）は、従来のねじ孔計測方法の
うち、孔位置を計測する方法を示す説明図である。

【符号の説明】

４ ねじ孔 4a ねじ山 ５ ねじ測定子 5a エア吹出口 ６ 三次元移動機構 ９ 圧力−電圧変換器 10 パーソナルコンピュータ 11 コントローラ 14 プローブ装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被計測ねじ孔（４）内に挿入され、エア
   吹出口（5a）から前記ねじ孔内のねじ山（4a）へ向けて
   加圧エアを吹出すねじ測定子（５）と、 前記ねじ測定子を前記ねじ孔内に挿入してそのねじ孔内
   で回転および進退移動させるねじ測定子移動手段（６）
   と、 前記エア吹出口へ供給される加圧エアの背圧の変化に基
   づき、前記エア吹出口と前記ねじ山との間の距離に対応
   する信号を出力する距離計測手段（９）と、 前記ねじ測定子が前記ねじ孔内で前記エア吹出口を前記
   ねじ山の螺旋に沿わせて移動させるように進退方向へ移
   動しつつ一回転する間に求まった前記距離の変化に基づ
   き、その距離が最短もしくは最長になる向きを調べ、そ
   の向きおよびそれと反対の向きでの前記距離から前記ね
   じ孔の中心位置を計測する中心位置計測手段（10）と、 前記ねじ測定子が前記ねじ孔内で進退方向へ移動する間
   に求まった前記距離の変化に基づき、前記ねじ孔の内径
   と、谷径と、有効ねじ深さとを計測するねじ寸法計測手
   段（10）と、 を具えてなる、ねじ孔計測装置。
2. 【請求項２】 被計測ねじ孔（４）内に挿入され、エア
   吹出口（5a）から前記ねじ孔内のねじ山（4a）へ向けて
   加圧エアを吹出すねじ測定子（５）と、 前記ねじ測定子を前記ねじ孔内に挿入してそのねじ孔内
   で回転および進退移動させるねじ測定子移動手段（６）
   と、 前記ねじ測定子と前記ねじ孔内のねじ山とが接触したこ
   とを検知する接触検知手段（14）と、 前記エア吹出口へ供給される加圧エアの背圧の変化に基
   づき、前記エア吹出口と前記ねじ山との間の距離に対応
   する信号を出力する距離計測手段（９）と、 前記ねじ孔の周方向の複数位置で前記ねじ山に接触した
   際の前記ねじ測定子の位置に基づき、前記ねじ孔の中心
   位置を計測する中心位置計測手段（10）と、 前記ねじ測定子が前記ねじ孔内で進退方向へ移動する間
   に求まった前記距離の変化に基づき、前記ねじ孔の径方
   向寸法と、有効ねじ深さとを計測するねじ寸法計測手段
   （10）と、 を具えてなる、ねじ孔計測装置。