JP2000097687A - 球状物の外径寸法測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定精度が高い球状物の外径寸法測定方法お
よび測定装置を提供することである。 【解決手段】 本発明の球状物の外径寸法測定方法は、
球状物Ｂを載せる設置台３に、球状物Ｂの底部を浮かし
た状態で位置決めする窪み部７を設けると共に、窪み部
７の表面形状に球状物Ｂが接する内接円Ｃの平面に対し
て直交し且つ内接円Ｃの中心点Ｐ０を通過する基準線Ｌ
上に、非接触式距離測定手段６を設け、球状物Ｂの外径
寸法Ｒを算出する演算手段１６を備えた測定装置を用
い、窪み部７上に球状物Ｂを載せ、距離測定手段６によ
って、距離測定手段６から球状物Ｂの頂点Ｏ１までの距
離ｈ１を測定し、その距離ｈ１と、距離測定手段６から
内接円Ｃの平面までの距離ｈ２と、内接円Ｃの半径ａ
と、から演算によって球状物Ｂの外径寸法Ｒを算出する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は球状物の外径寸法を
測定する方法および測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】球状物、たとえばボールベアリングの外
径寸法を測定する従来の手段としてはマイクロメータで
球状物を挟み込んで、その数値を読み取る方法がある
が、この方法は測定者によって得られる値にばらつきが
あり、また、製品としての精度が低いという問題があ
る。

【０００３】また、別の方法として図５に示すように、
設置面から一定高さ離れた箇所に、投光器９１と受光器
９２を対向して設け、球状物９３より幅広い帯状のレー
ザー光９４を投光器から発し、レーザー光の幅領域の中
間部に球状物を配置して、通過したレーザー光の幅を外
径寸法として測定する仕方もある。この方法は、図５
（ロ）に示すように、レーザー光が球状物（実線で表
す）の中心点を通過する場合には、正確な寸法が得られ
る。ところが、被測定物である球状物は通常、大きさが
不揃いであり、それに反してレーザー光の通過する高さ
が一定なので、多くの場合、レーザー光は、球状物の中
心点より僅かに上下の位置を通過することとなり、測定
結果の値は、実際の外径寸法より小さくなるという問題
があった。図面上では、球状物が破線で示した形態のよ
うに、実線で示した形態より大きい場合のことである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みて成されたものであり、その目的とするところは、測
定精度が高い球状物の外径寸法測定方法および測定装置
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した球状
物の外径寸法測定方法は、球状物を載せる設置台に、球
状物の底部を浮かした状態で位置決めする窪み部を設け
ると共に、窪み部の表面形状に球状物が接する内接円の
平面に対して直交し且つ内接円の中心点を通過する基準
線上に、非接触式距離測定手段を設け、球状物の外径寸
法を算出する演算手段を備えた測定装置を用い、窪み部
上に球状物を載せ、距離測定手段によって、距離測定手
段から球状物の頂点までの距離を測定し、その距離と、
距離測定手段から内接円の平面までの距離と、内接円の
半径と、から演算によって球状物の外径寸法を算出する
ことを特徴とする。

【０００６】窪み部は、特定の位置に球状物が載り、し
かも、球状物の底部を浮いた状態で支持でき、その上、
支持点が同一平面上にある形態であるならば、形状およ
び深さは限定されない。窪み部の表面形状は、アメーバ
ーのような不規則な形状であっても良いが、三角形や正
多角形、円形等の規則的な形状にすれば、製造の容易
さ、内接円の求め易さが得られる。三角形の場合には球
状物を三点で支持し、円形の場合には円周の無数点で支
持する形態となる。内接円とは、複数の支持点が存在す
る平面上において、複数の支持点に対して等しい距離に
ある箇所を中心点として、支持点を通過する状態で描く
円である。なお、非接触式距離測定手段の測定方向は、
基準線と一致するものとする。

【０００７】請求項２記載の測定装置は、球状物を載せ
る設置台に、球状物の底部を浮かした状態で位置決めす
る窪み部を設けると共に、窪み部の表面形状に球状物が
接する内接円の平面に対して直交し且つ内接円の中心点
を通過する基準線上に、非接触式距離計測手段を設け、
球状物の外径寸法を算出する演算手段を備えたことを特
徴とする。

【０００８】請求項３記載の発明のように、窪み部の表
面形状を、内接円の中心点と、窪み部の表面形状の重心
点と、が一致する形態にしてあれば、内接円の中心点を
求める作業が容易となる。一致する形態とは、中心点と
重心点とが一点に重なり合う形態である。

【０００９】請求項４記載の発明のように、窪み部の表
面形状を三角形、正多角形、円形のうち何れか一つにし
ても良い。なお、三角形であれば、どんな形状であって
もよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、図面に基づいて、本発明の
球状物の外径寸法測定方法の実施に直接使用する測定装
置を説明する。

【００１１】測定装置１は図３に示すように、テーブル
２の中央部上に、球状物Ｂを載せる設置台３を載置し、
設置台３を、モータに代表される駆動手段（図示省略）
によって、テーブル２の表面の縦横方向に移動自在に設
けると共に、設置台３の傾きを調整自在に設けてある。
テーブル２の端部に支柱４を起立し、支柱４の上端部
に、水平なアーム５を設置台３の真上まで延長して設
け、アーム５の先部底面に非接触式距離測定手段６を、
真下方向に向かって測定する状態で設けてある。なお、
非接触式距離測定手段６としては、たとえばレーザー式
や、超音波式変位センサを用いる。

【００１２】設置台３は表面を平面に形成し、球状物Ｂ
を転がらない状態で位置決めする為に、中央部に窪み部
７を設けてある。窪み部７は図２に示すように、表面形
状が正三角形で、球状物Ｂを載せると、三辺の各中点Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３が支持点となる。窪み部７上に載せる球
状物Ｂは、正三角形の中心点Ｐ０を中心として、三辺の
各中点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通る半径ａの内接円Ｃを形成
すれば、内接円Ｃより直径の大きなものとする。なお、
中心点Ｐ０は窪み部７の表面形状の重心点でもある。

【００１３】また、測定装置１はコンピュータ制御によ
って、設置台３の移動制御ならびに測定を行っている。
コンピュータ制御は、図４に示すように、入力部１１
と、制御部１２と、出力部１３とから構成されている。
入力部１１には、非接触式距離測定手段６と、タッチパ
ネルに代表される入力手段１４とを備え、入力手段１４
から外径寸法の測定手順の設定や、出力部１３中に設け
た設置台用の駆動手段１５の移動操作を設定する。制御
部１２には、演算手段１６、駆動制御手段１７を備え、
演算手段１６に前記した距離測定手段６からの信号を取
り込んで外径寸法の算出を行い、その値を出力部１３中
の出力手段（ディスプレイ）１８に出力する。駆動制御
手段１７は、入力手段１４からの信号を取り込んで、駆
動手段１５に移動制御信号を出力するものである。

【００１４】上記した測定装置を使用する場合は、以下
の手順で行う。まず、設置台３の内接円Ｃの半径ａを、
本発明とは別の測定器で予め測定しておく。次に、設置
台３の傾きを調整して、距離測定手段６の測定方向に対
して、設置台３の表面が直交するように設定する。続い
て、図１に示すように、距離測定手段６によって、設置
台３の表面から距離測定手段６までの距離ｈ２を求め、
ｈ２と半径ａを本測定装置の制御部１２に入力する。そ
の後に、設置台３を縦横に移動して、距離測定手段６の
測定方向を、内接円Ｃの平面に対して直交し且つ内接円
Ｃの中心点Ｐ０を通過する基準線Ｌに一致させる。最後
に、窪み部７に球状物Ｂを載せ、距離測定手段６によっ
て、距離測定手段６から球状物Ｂの頂点Ｏ１までの距離
ｈ１を測定し、演算手段１６によって外径寸法Ｒを算出
し、出力手段１８に表示する。なお、窪み部７上に載せ
た球状物Ｂは、大きさに関わらず、中心点Ｏが、基準線
Ｌ上に位置するようになる。

【００１５】外径寸法Ｒは、ｈ１を得ることによって求
められることを以下に証明する。前提として、設置台３
の表面から球状物Ｂの最下点Ｏ２までの距離をＸ、球状
物の頂点Ｏ１から設置台３の表面までの距離をｈとす
る。 Ｒ＝ｈ＋Ｘ となり、 ｈ＝ｈ２−ｈ１ なので、Ｘの値が分かればＲを求めることができる。こ
こで、Ｏ１，Ｏ２を通っている基準線Ｌに対して接点Ｐ
１から垂線を下ろすと、交点は、窪み部７の表面形状の
中心点Ｐ０となる。数学の理論によるとＯ１，Ｐ１，Ｏ
２の三点を頂点とする三角形は直角三角形となる。ま
た、Ｏ１，Ｐ１，Ｐ０の三点を頂点とする三角形と、Ｏ
２，Ｐ１，Ｐ０を頂点とする三角形は、相似形状とな
る。従って、 ａ：Ｘ＝ｈ：ａ となり、 Ｘ＝ａ²／ｈ となる。その結果、 Ｒ＝ｈ２−ｈ１＋ａ²／（ｈ２−ｈ１） で表される。よって証明された。

【００１６】上記した測定装置１は、コンピュータ制御
に高速処理するものを用いることによって、瞬時に外径
寸法Ｒを求めることができる。

【００１７】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。たとえば、距離測定手段６に対して、設置台３
が縦横に移動する構造に限らず、逆に、設置台３に対し
て、距離測定手段６が縦横に移動する構造であっても良
い。また、ｈ２が予め分かっていれば、基準線Ｌと距離
測定手段６の測定方向を一致させた状態で、設置台３と
距離測定手段６を共に固定した構造であっても良い。さ
らに、窪み部７の表面形状を、同一形状の突起物で形成
する方法もある。

【００１８】

【発明の効果】請求項１および２記載の発明は、設置台
の窪み部に球状物を載せると、球状物の大小に関係な
く、球状物の中心点が基準線上に自然と位置するので、
基準線上に位置する非接触式距離測定手段によって、球
状物の頂点までの距離を確実に測定できるようになり、
その結果、測定精度が向上する。また、非接触式距離測
定手段から内接円の平面までの距離と、内接円の半径と
を予め測定して、演算手段に入力しておけば、設置台の
窪み部に球状物を載せるだけの作業で、外径寸法が得ら
れるので、その測定作業を容易に行える。

【００１９】請求項３記載の発明は、窪み部の表面形状
を、内接円の中心点と、窪み部の表面形状の重心点と、
が一致する形態にしてあるので、内接円の中心点が求め
易くなり、ひいては、基準線上に測定手段を配置する作
業が容易となる。

【００２０】請求項４記載の発明は、窪み部の表面形状
を三角形、正多角形、円形のうち何れか一つにしてある
ので、内接円の中心点が一層求め易くなる。また、製造
し易い効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の球状物の外径寸法測定方法を示す側面
図で、図２のＡ−Ａ線断面図でもある。

【図２】設置台上に球状物が載った状態を示す平面図で
ある。

【図３】測定装置の全体を示す正面図である。

【図４】本発明の測定装置のコンピュータ制御を示すブ
ロック図である。

【図５】（イ）（ロ）従来の球状物の外径寸法測定方法
を示す平面図、Ｂ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

ａ 内接円の半径 Ｂ 球状物 Ｃ 内接円 Ｌ 基準線 Ｏ１ 球状物の頂点 Ｏ２ 球状物の最下点 Ｐ０ 内接円の中心点 Ｒ 外径寸法 ３ 設置台 ６ 非接触式距離測定手段（距離測定手段） ７ 窪み部 １６ 演算手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球状物（Ｂ）を載せる設置台（３）に、
   球状物（Ｂ）の底部を浮かした状態で位置決めする窪み
   部（７）を設けると共に、窪み部（７）の表面形状に球
   状物（Ｂ）が接する内接円（Ｃ）の平面に対して直交し
   且つ内接円（Ｃ）の中心点（Ｐ０）を通過する基準線
   （Ｌ）上に、非接触式距離測定手段（６）を設け、球状
   物（Ｂ）の外径寸法（Ｒ）を算出する演算手段（１６）
   を備えた測定装置を用い、窪み部（７）上に球状物
   （Ｂ）を載せ、距離測定手段（６）によって、距離測定
   手段（６）から球状物（Ｂ）の頂点（Ｏ１）までの距離
   （ｈ１）を測定し、その距離（ｈ１）と、距離測定手段
   （６）から内接円（Ｃ）の平面までの距離（ｈ２）と、
   内接円（Ｃ）の半径（ａ）と、から演算によって球状物
   （Ｂ）の外径寸法（Ｒ）を算出することを特徴とする球
   状物の外径寸法測定方法。
2. 【請求項２】 球状物（Ｂ）を載せる設置台（３）に、
   球状物（Ｂ）の底部を浮かした状態で位置決めする窪み
   部（７）を設けると共に、窪み部（７）の表面形状に球
   状物（Ｂ）が接する内接円（Ｃ）の平面に対して直交し
   且つ内接円（Ｃ）の中心点（Ｐ０）を通過する基準線
   （Ｌ）上に、非接触式距離測定手段（６）を設け、球状
   物（Ｂ）の外径寸法（Ｒ）を算出する演算手段（１６）
   を備えたことを特徴とする測定装置。
3. 【請求項３】 窪み部（７）の表面形状を、内接円
   （Ｃ）の中心点（Ｐ０）と、窪み部（７）の表面形状の
   重心点と、が一致する形態にしてあることを特徴とする
   請求項２記載の測定装置。
4. 【請求項４】 窪み部（７）の表面形状を三角形、正多
   角形、円形のうち何れか一つにしてあることを特徴とす
   る請求項２記載の測定装置。