JP2002022433A - ワーク形状測定センサおよびワーク形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】短時間で連続的なワーク表面形状のデータが収
集できるとともに、安価に構成できるワーク形状測定セ
ンサおよびワーク形状測定装置を提供すること。 【解決手段】スタイラス４０と、スタイラス４０をアダ
プタ５０を介して保持する本体６０とを備え、アダプタ
５０が、スタイラス４０が取り付けられるスタイラス取
付部５１と、本体６０に取り付けられる本体取付部５２
と、スタイラス取付部５１と本体取付部５２とを連結し
かつ弾性変形可能な連結部５３とを含んで構成されたね
じ部形状測定センサ３３。センサ３３とねじ穴１００と
を相対移動させると、連結部５３は、弾性変形すること
でねじ穴１００の表面形状にともなうスタイラス４０の
変位を許容している。従って、連結部５３の弾性変形量
をひずみゲージ７１で検出することで、接触部４２Ａの
変位量を検出でき、短時間で連続的なねじ穴１００の形
状データが収集できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワーク形状測定セ
ンサおよびワーク形状測定装置に係り、詳しくは、ワー
ク表面にスタイラスを接触させてワークの形状を倣い測
定するワーク形状測定センサおよびワーク形状測定装置
に関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、ワークの表面形状の測定を行う
際に、三次元測定機を用いることが知られている。三次
元測定機によって測定されるワークとしては、たとえ
ば、ねじ穴や、ねじ軸等のねじ部形状を有するワークが
挙げられる。このようなワークのねじ部（ねじ穴＝雌ね
じ、ねじ軸＝雄ねじ）には、その特性を規定する多様な
パラメータ（特性値）が存在し、たとえば、図１０に示
すようなねじ穴１００の場合、ねじピッチａ、有効ねじ
部長さｂ、不完全ねじ部長さｃおよびねじ穴深さｄ等が
ある。

【０００３】上述したようなワークのねじ部を三次元測
定機によって測定する際、タッチ信号プローブを使用す
る場合と、公知の倣いプローブを使用する場合とがあ
る。タッチ信号プローブを用いた場合、タッチ信号プロ
ーブの接触部をねじ部表面に接触させ、このときの接触
部の座標値を読み込み、この動作を繰り返して任意の複
数の点において座標値を求めることでねじ部形状を測定
している。一方、倣いプローブを用いた場合、倣いプロ
ーブの接触部をねじ部表面に一定の測定力で接触させな
がら、倣いプローブとねじ部とを相対移動させ、このと
きの接触部の座標値を連続的に求めることでねじ部形状
を測定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような三次元測定機を用いてのねじ部形状の測定に
は、以下のような問題がある。タッチ信号プローブを用
いた測定では、一点一点において、タッチ信号プローブ
とねじ部表面とを接触させる必要があり、たとえばねじ
穴１００の各パラメータａ〜ｄを得ようとした場合に
は、多点測定による連続的なデータ収集を行う必要があ
るため、測定に時間がかかるという問題がある。一方、
倣いプローブを用いた測定では、タッチ信号プローブを
用いた測定に比べると、一点一点におけるプローブとね
じ部表面との接触離隔動作が必要ないため、短時間で連
続的なデータ収集が可能となる。しかしながら、接触部
をねじ部表面に一定の測定力で接触させながら接触部の
座標値を連続的に検出する機構を備えた倣いプローブは
それ自体が高価である等の問題がある。

【０００５】本発明の目的は、短時間で連続的なワーク
表面形状のデータが収集できるとともに、安価に構成で
きるワーク形状測定センサおよびワーク形状測定装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のワーク形状測定
センサは、上記目的を達成するために、以下の構成を備
える。本発明のワーク形状測定センサは、一端側にワー
ク表面に接触する接触部を有したスタイラスと、このス
タイラスをアダプタを介して保持する本体とを備え、前
記アダプタは、前記スタイラスの他端側が取り付けられ
るスタイラス取付部と、前記本体に取り付けられる本体
取付部と、これらスタイラス取付部と本体取付部とを連
結しかつ弾性変形可能な連結部とを含んで構成され、前
記連結部は、弾性変形して、前記ワークの表面形状にと
もなう前記スタイラスおよびスタイラス取付部の前記本
体取付部に対する変位を許容し、前記連結部の弾性変形
量を検出する変形量検出手段が設けられていることを特
徴とするものである。

【０００７】この発明によれば、ワーク表面にスタイラ
スの接触部を接触させた状態で、ワークとワーク形状測
定センサとをワークの表面方向へ沿って相対移動させ
る。すると、スタイラスの接触部はワーク表面形状に倣
うため、前記相対移動方向と略直交する方向へも変位
し、このスタイラスが取り付けられたアダプタのスタイ
ラス取付部も同方向へ変位する。一方、アダプタの本体
取付部は、ワークの表面方向へ沿って相対移動する本体
へ取り付けられているため、その変位の方向は前記相対
移動方向のみとなる。つまり、本体に対して、アダプタ
のスタイラス取付部は前記相対移動方向と略直交する方
向へ変位し、本体取付部は変位しないため、これらスタ
イラス取付部と本体取付部とを連結する連結部が弾性変
形する。従って、スタイラス取付部の変位量、すなわち
スタイラスの接触部の変位量は、連結部の弾性変形量に
よって表すことができる。このような連結部の弾性変形
量を変形量検出手段によって連続的に検出すれば、短時
間で連続的なワーク表面形状のデータが収集できる。ま
た、弾性変形することでスタイラスの変位を許容する連
結部、すなわち、一定の測定力でスタイラスをワークに
接触させる連結部の弾性変形量を検出することでワーク
表面形状を求めている。つまり、連結部によって、接触
部をワーク表面に一定の測定力で接触させているととも
に、連結部によって、接触部の変位を連続的に検出して
いるため、倣いプローブよりも簡単な機構で安価に構成
できる。

【０００８】本発明のワーク形状測定センサでは、前記
スタイラスは、略Ｌ字状に形成され、他端側が前記スタ
イラス取付部に取り付けられかつ前記ワークの軸方向へ
沿う第１アーム部と、この第１アーム部の一端側から略
直角に折曲されて形成されかつ一端側に前記接触部を有
する第２アーム部とを備えていることが望ましい。この
発明によれば、スタイラスは、スタイラス取付部に取り
付けられかつワークの表面方向へ沿う第１アーム部と、
この第１アーム部から略直角に折曲されて形成されかつ
接触部を有する第２アーム部とを備えているため、スタ
イラスを容易にねじ穴内に挿入できるとともに、その接
触部をねじ穴の谷に確実に接触させることができる。

【０００９】本発明のワーク形状測定センサでは、前記
スタイラスの接触部が前記ワーク表面に接触しながら、
当該ワークと前記本体とが前記ワークの表面方向へ沿っ
て相対移動され、前記スタイラスの接触部は、前記相対
移動方向と略平行な前記連結部の中心線上に配置されて
いることが望ましい。

【００１０】スタイラスの接触部が被測定物表面に倣っ
ていくと、通常、接触部と被測定物表面との間にいくら
かの摩擦力が生じる。この摩擦力は、接触部にかかる測
定力や被測定物の表面粗さ等によって変動するものであ
る。具体的に、図９（Ａ）を参照して説明すると、たと
えば略Ｌ字状のスタイラス１１０の一端、つまり接触部
１１１を被測定物Ｗの表面に接触させながら、スタイラ
ス１１０を図中白抜き矢印の方向へ移動させる。このと
き、接触部１１１には測定力Ｆｖおよび摩擦力Ｆｆが働
いており、第１アーム部１１２の長さをＬ１、第２アー
ム部１１３の長さをＬ２とした場合、スタイラス１１０
の他端点１１４に働くモーメントＭ１は、次式で表され
る。 Ｍ１＝Ｆｖ×Ｌ１＋Ｆｆ×Ｌ２ ここにおいて、アダプタの連結部がスタイラス１１０の
他端点１１４に位置する場合、連結部にはモーメントＭ
１が働き、連結部が弾性変形する。連結部の弾性変形量
は、接触部１１１の変位変化、すなわち被測定物Ｗの表
面形状にともなって変化する。従って、この弾性変形量
の変化を検出して連続的に記録することで、被測定物Ｗ
の表面形状を検出している。つまり、連結部の弾性変形
量の変化は、接触部１１１の変位変化によってのみ生じ
ることが望ましい。しかしながら、図９（Ａ）にも連結
部が接触部１１１から長さＬ２だけオフセットされた他
端点１１４（第１アーム部１１２上）に位置している
と、変動する摩擦力Ｆｆによって生じるモーメントによ
っても連結部の弾性変形量に変化が生じてしまう。

【００１１】ここで、本発明では、たとえば図９（Ｂ）
に示すように、スタイラス１１０の接触部１１１が相対
移動方向（図中では、白抜き矢印の方向）と略平行な連
結部１１５の中心線Ｃ上に配置されている。具体的に
は、スタイラス１１０の他端点１１４に連結部を配置す
るのではなく、他端点１１４（第１アーム部１１２）か
ら長さＬ２だけオフセットされた位置に連結部１１５を
配置する。なお、連結部１１５の配置は、図中二点鎖線
で示すような部材１１６（たとえば、スタイラス取付部
１１６）で他端点１１４と連結部１１５とを接続するこ
とで行えばよい。これにより、スタイラス１１０を図中
白抜き矢印の方向へ移動させた際、接触部１１１に作用
する摩擦力Ｆｆが連結部１１５の中心線Ｃ方向と略平行
とされているため、連結部１１５には摩擦力Ｆｆによる
モーメントが働かず、連結部１１５に働くモーメントＭ
２は、次式で表される。 Ｍ２＝Ｆｖ×Ｌ１ 従って、接触部１１１にかかる摩擦力Ｆｆは、連結部１
１５の前記相対移動方向と略直交する方向への弾性変形
量として現れない。これにより、面粗さ等によって変動
する摩擦力Ｆｆの影響を排除することができ、スタイラ
ス１１０の前記相対移動方向と略直交する方向への変位
量のみを連結部１１５の弾性変形量に反映させることが
できる。

【００１２】本発明のワーク形状測定センサでは、前記
変形量検出手段は、前記連結部に装着されるひずみゲー
ジを含んで構成されていることが望ましい。この発明に
よれば、連結部の弾性変形量を検出する変形量検出手段
は、連結部に装着されるひずみゲージを含んで構成され
ているので、安価に構成できる。

【００１３】本発明のワーク形状測定センサでは、前記
スタイラスは、ピアノ線から形成されていることが望ま
しい。この発明によれば、前記スタイラスは、ピアノ線
で形成されているため、安価に構成できるうえ、ピアノ
線を折曲することでワーク形状に対応した任意の形状の
スタイラスを容易に形成することができる。

【００１４】本発明のワーク形状測定センサでは、前記
スタイラスの接触部は、前記ワークに形成されたねじ部
の表面に接触されることが望ましい。このように、本発
明のワーク形状測定センサを、ねじ部形状の測定に利用
すれば、凹凸形状が連続するねじ部の形状について、連
続的な形状データを短時間で収集することができ、本発
明の有用性が高い。

【００１５】本発明のワーク形状測定装置は、上記目的
を達成するために以下の構成を備える。本発明のワーク
形状測定装置は、上述したいずれかのワーク形状測定セ
ンサを備えたワーク形状測定装置であって、前記ワーク
形状測定センサが着脱可能に取り付けられるホルダと、
このホルダと前記ワーク表面とを当該ワークの表面方向
へ沿って相対移動させる表面方向相対移動機構と、この
表面方向相対移動機構を制御する制御手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１６】この発明によれば、上述したいずれかのワ
ーク形状測定センサが奏する作用効果と略同様の作用効
果を奏するワーク形状測定装置を得ることができる。つ
まり、連結部によって、接触部をワーク表面に一定の測
定力で接触させているとともに、連結部によって、接触
部の変位を連続的に検出しているため、短時間で連続的
なワーク表面形状のデータが収集でき、また、安価に構
成できる。

【００１７】一方、本発明のワーク形状測定装置は、ス
タイラスの接触部がワークのねじ部の表面に接触される
ワーク形状測定センサを備えたワーク形状測定装置であ
って、前記ワーク形状測定センサが着脱可能に取り付け
られるホルダと、このホルダと前記ワーク表面とを当該
ワークの表面方向へ略沿って相対移動させる表面方向相
対移動機構と、この表面方向相対移動機構を制御する制
御手段とを備え、前記ホルダには、加工対象物にねじを
切って前記ねじ部を形成する加工工具が着脱可能に取り
付けられることを特徴とするものであってもよい。

【００１８】この発明によれば、まず、ホルダにたとえ
ばタップを取り付け、加工対象物にねじ穴を形成した
後、ホルダからタップを外し、ねじ部形状測定センサを
取り付けてねじ部形状の測定を行う。ねじ部を最終加工
形状に仕上げるねじ切りと、このねじ切り後に必要な測
定とを同一の装置で行っているので、被測定物（加工対
象物）を移動させる必要がない。これにより、測定のた
めに被測定物等の位置決めや位置の割出しを改めて行う
必要がなくなり、測定時間を短縮できる。

【００１９】このようなワーク形状測定装置では、前記
ホルダには、加工対象物に前記ねじ部のねじ下穴を形成
する加工工具が着脱可能に取り付けられることが望まし
い。この発明によれば、ねじ部形状の測定とともに、加
工対象物にねじ部を形成する一連の加工工程を行うこと
ができる。つまり、ねじ部のねじ下穴の加工から、ねじ
切り、ねじ部形状測定までを一連の流れで行うことがで
き、加工時間および測定時間の短縮をはかることができ
る。

【００２０】本発明のワーク形状測定装置では、前記ホ
ルダと前記ワーク表面とを当該ワーク表面と略直交する
方向へ相対移動させる表面直交方向相対移動機構を備
え、前記制御手段には、前記変形量検出手段から出力さ
れる信号が入力されるとともに、前記制御手段は、前記
スタイラスの接触部を前記ワーク表面に接触させながら
前記ホルダと前記ワーク表面とを当該ワークの表面方向
へ略沿って相対移動させる際、前記変形量検出手段から
の出力信号が略一定となるように前記表面直交方向相対
移動機構を制御することが望ましい。

【００２１】このような構成によれば、スタイラスの接
触部をワーク表面に接触させながら、表面方向相対移動
機構により、スタイラスとワークとを相対移動させる、
いわゆる倣い測定を行う際、ワーク表面の凹凸形状に応
じて接触部が変位してスタイラスの姿勢が変化し、連結
部の弾性変形量を検出する変形量検出手段の出力が変化
する。ここで、制御手段により、変形量検出手段の出力
変化に応じて表面直交方向相対移動機構を制御して、変
形量検出手段の出力を所定値に略一定に維持できるよう
に、ワーク表面に対するスタイラスの位置を変化させれ
ば、ワーク表面に対するスタイラスの姿勢を略一定に維
持することができるようになる。そして、このように、
接触部をワーク表面に接触させ、かつスタイラスの姿勢
を略一定に保ったままの状態で、スタイラスとワークと
を当該ワークの表面方向に沿って相対移動させ、このと
きの表面方向相対移動機構および表面直交方向相対移動
機構によるスタイラスの接触部の移動軌跡を求めれば、
ワークの表面形状を求めることができる。上述のよう
に、変形量検出手段の出力を略一定に保ったまま、倣い
測定を行えば、スタイラスの接触部をワーク表面に押し
つける測定力を略一定に保持でき、測定精度を向上させ
ることができる。また、本発明では、変形量検出手段の
出力、すなわちアダプタの連結部の弾性変形量を略一定
に維持した状態で測定を行っているから、ワークの表面
形状の起伏が大きい場合であっても、アダプタの連結部
が大きく変形することなく、つまり、連結部に弾性限界
を超える応力がかかることなく測定を行うことができ、
広い測定レンジで本発明のワーク形状測定装置を利用す
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に
係るワーク形状測定装置１の概略構成図が示されてい
る。このワーク形状測定装置１は、加工対象物にねじ穴
１００を形成するとともに形成したねじ穴１００の形状
測定を行う装置本体１０と、この装置本体１０を制御す
るコンピュータ２０と、ねじ穴１００の加工および測定
に必要な各種ツール３１〜３３を収納したツールボック
ス３０とを備えている。

【００２３】装置本体１０は、被測定物（加工対象物）
が載置されるテーブル１１と、このテーブル１１上に立
設された門型フレーム１２とを備えている。このうち、
門型フレーム１２は、テーブル１１上に立設された一対
の支柱１２１を有し、これら支柱１２１間にはブリッジ
部１２２が略水平に架け渡され、このブリッジ部１２２
には、長手方向へ沿って第１スライダ１３が摺動自在に
設けられている。第１スライダ１３には、第２スライダ
１４が昇降可能に設けられ、この第２スライダ１４に
は、下端にホルダ１５を備えた回転軸（図示せず）が回
転可能に設けられている。ホルダ１５には、ドリル３
１、タップ３２およびワーク形状測定センサ３３の各種
ツール３１〜３３が着脱可能に取り付けられる。

【００２４】ホルダ１５は、第１スライダ１３および第
２スライダ１４によって、水平方向および垂直方向への
移動が可能となっており、また、回転軸により回転可能
となっている。これらの第１スライダ１３、第２スライ
ダ１４および回転軸は、図示は省略するが、それぞれ駆
動系によって駆動され、これらの駆動系は、制御手段と
してのコンピュータ２０によって制御されている。つま
り、コンピュータ２０に座標値または回転数等を入力設
定することで、各駆動系が作動し、ホルダ１５に取り付
けられた各ツール３１〜３２が各種動作（水平および垂
直方向への移動と、回転）を行うようになっている。な
お、本発明の表面方向相対移動機構は、第２スライダ１
４と、この第２スライダ１４を垂直方向へ移動させる駆
動系とを含んで構成されている。また、本発明の表面直
交方向相対移動機構は、第１スライダ１３と、この第１
スライダ１３を垂直方向へ移動させる駆動系とを含んで
構成されている。

【００２５】ツールボックス３０に収納されたツール３
１〜３３には、加工対象物にねじ穴１００のねじ下穴を
形成する加工工具としてのドリル３１と、ねじ下穴のね
じ切り（ねじ立て）を行う加工工具としてのタップ３２
と、形成されたねじ穴１００の形状測定を行うワーク形
状測定センサ３３とがある。このうち、ドリル３１およ
びタップ３２は、ねじ穴加工に通常用いられるものと同
様のものであり、これらドリル３１およびタップ３２に
は、ホルダ１５に取り付けるための取付部３１１，３２
１がそれぞれ設けられている。

【００２６】ワーク形状測定センサ３３は、図２にも拡
大して示すように、一端側にねじ穴１００の内周面に接
触する接触部４２Ａを有したスタイラス４０と、このス
タイラス４０をアダプタ５０を介して保持する本体６０
とを備えている。スタイラス４０は、ピアノ線を折曲す
ることでＬ字状に形成されている。具体的には、他端側
がアダプタ５０に取り付けられた第１アーム部４１と、
この第１アーム部４１の一端側から略直角に折曲されて
形成されかつ一端側に接触部４２Ａを有した第２アーム
部４２とを備えている。

【００２７】アダプタ５０は、図３にも拡大して示すよ
うに、スタイラス４０の第１アーム部４１が取り付けら
れたスタイラス取付部５１と、本体６０に取り付けられ
た本体取付部５２と、これらスタイラス取付部５１と本
体取付部５２とを連結しかつ弾性変形可能な連結部５３
とを含んで構成されており、これらスタイラス取付部５
１、本体取付部５２および連結部５３は、たとえばジュ
ラルミンで一体的に形成されている。

【００２８】スタイラス取付部５１には、スタイラス４
０の第１アーム部４１が固定されている。このスタイラ
ス４０のスタイラス取付部５１への固定は、図示は省略
するが、たとえばスタイラス取付部５１に形成された挿
通孔に第１アーム部４１を挿入して、ねじ等の固着具を
用いたり、接着や溶接等することで行われている。一
方、本体取付部５２の本体６０への取り付けも、ねじ等
の固着具を用いたり、接着や溶接等することで行われて
いる。

【００２９】連結部５３は、表裏方向へ弾性変形可能な
薄い板状に形成され、対向する一対の端縁がスタイラス
取付部５１および本体取付部５２にそれぞれ連結されて
いる。連結部５３の中心線Ｃ（スタイラス取付部５１か
ら本体取付部５２へ向かう中心線Ｃ）と、スタイラス４
０の第１アーム部４１とは、所定間隔あけて平行配置さ
れている。この所定間隔あける方向は、連結部５３の表
裏方向とされている。一方、第２アーム部４２は連結部
５３の表裏方向と略平行とされ、接触部４２Ａは連結部
５３の中心線Ｃ上に配置されている。連結部５３は、表
裏面方向へ弾性変形することで、スタイラス４０および
スタイラス取付部５１の本体取付部５２に対する変位
（連結部５３の表裏面方向への変位）を許容している。

【００３０】また、ワーク形状測定センサ３３には、連
結部５３の弾性変形量を検出する変形量検出手段７０が
設けられている。変形量検出手段７０は、アダプタ５０
の連結部５３の表裏方向の弾性変形量、すなわち曲げひ
ずみ量を検出するものであり、連結部５３の表裏面にそ
れぞれ装着された一対のひずみゲージ７１を含んで構成
されている。これらひずみゲージ７１は、図示は省略す
るが、それぞれリード線が接続されて任意のブリッジ回
路に組み込まれることで、連結部５３の表裏方向の弾性
変形量の検出が可能となっている。

【００３１】次に、本実施形態の作用を説明する。ま
ず、加工対象物にねじ穴１００を形成する。具体的に
は、加工対象物をテーブル１１上に載せて位置決めした
後、ホルダ１５にドリル３１を取り付ける。ここで、ツ
ール３１〜３３の取り付けや交換等は、手作業により行
ってもよいし、通常、マシニングセンタ等に用いられる
工具交換装置等により自動的に行ってもよい。ドリル３
１をホルダ１５に取り付けたら、加工対象物にねじ下穴
を加工し（図４参照）、この後、ホルダ１５からドリル
３１を外してタップ３２を取り付け、ねじ立てを行って
（図５参照）、ねじ穴１００を形成する。

【００３２】次に、ねじ穴１００を形成した後、このね
じ穴１００の形状測定を行い、各パラメータａ〜ｄを求
める。ここで、ワーク形状測定装置１によるワークの形
状測定には、第１測定モードおよび第２測定モードの２
種類のモードがあり、測定者は、いずれか一方の測定モ
ードをコンピュータ２０上で選択して、ねじ穴１００の
形状測定を行う。 （第１測定モードによる測定）まず、コンピュータ２０
上で第１測定モードを選択しておく。次に、ホルダ１５
にワーク形状測定センサ３３を取り付け、この測定セン
サ３３をねじ穴１００の直上まで移動させる。この後、
測定センサ３３を下降させてスタイラス４０をねじ穴１
００内に挿入する。次に、連結部５３の中心線Ｃがねじ
穴１００の内周面よりも外周側に位置するように、測定
センサ３３を水平方向へ、つまりスタイラス４０の接触
部４２Ａがねじ穴１００の内周面に接触する方向へ移動
させる。これにより、スタイラス４０の接触部４２Ａが
ねじ穴１００の内周面に接触する。この状態において、
測定センサ３３を上昇させ、このときのスタイラス４０
の変位にともなう連結部５３の弾性変形量を変形量検出
手段７０で連続的に検出することで、ねじ穴１００の内
周面の形状を求める。これにより、ねじピッチａ、有効
ねじ部長さｂ、不完全ねじ部長さｃおよびねじ穴深さｄ
を求めることができる。

【００３３】具体的に説明すると、図６に示すように、
ワーク形状測定センサ３３を図中二点鎖線で示す位置ま
で上昇させると、スタイラス４０の接触部４２Ａが、ね
じ穴１００の内周面に倣いながら上昇してねじ穴１００
の溝に配置された状態となる。スタイラス４０の接触部
４２Ａがねじ穴１００の溝に配置されると、ねじ穴１０
０に対するスタイラス４０の姿勢が変化するとともに、
図７に拡大して示すように、連結部５３の弾性変形量が
変化する。なお、図７では、連結部５３の弾性変形量の
変化が分かるように、ワーク形状測定センサ３３を上昇
させる前（実線）と、後（二点鎖線）とで、各連結部５
３の位置を一致させた状態で示している。このように、
スタイラス４０の接触部４２Ａの変位は、連結部５３の
弾性変形量に反映されることとなるから、連結部５３の
弾性変形量を変形量検出手段７０で検出することで、ス
タイラス４０の接触部４２Ａの変位を求めることができ
る。そして、ワーク形状測定センサ３３の上昇に伴って
変化する変形量検出手段７０の出力値を連続的に検出す
ることで、ねじ穴１００の形状を求めることができるよ
うになる。

【００３４】（第２測定モードによる測定）まず、コン
ピュータ２０上で第２測定モードを選択しておく。次
に、上述した第１測定モードによる測定と同様に、測定
センサ３３を下降させてスタイラス４０をねじ穴１００
内に挿入した後、スタイラス４０の接触部４２Ａをねじ
穴１００の内周面に接触させる。このように、接触部４
２Ａをねじ穴１００の内周面に接触させた後、変形量検
出手段７０の出力値が所定値となるように、第１スライ
ダ１３を水平方向へ移動させて、接触部４２Ａをねじ穴
１００の内周面に押しつける（図８の実線で示す状
態）。

【００３５】変形量検出手段７０の出力値が略所定値に
なったら、この状態のまま、第２スライダ１４を上昇さ
せることによって測定センサ３３をねじ穴１００の内周
面にに沿って上昇させる。すると、ねじ穴１００の内周
面形状に応じて接触部４２Ａが変位するから、スタイラ
ス４０のねじ穴１００に対する姿勢も変化し、連結部５
３の弾性変形量、すなわち変形量検出手段７０の出力値
が変化するようになる。ここで、第２測定モードによる
測定では、変形量検出手段７０の出力値の変化をコンピ
ュータ２０で読み取り、変形量検出手段７０の出力値が
略一定（つまり、所定値）となるように、第１スライダ
１３、すなわち、ワーク形状測定センサ３３を、図８の
二点鎖線に示すように、水平方向（ねじ穴１００の内周
面と略直交する方向）へ移動させている。これにより、
変形量検出手段７０の出力値、すなわち連結部５３の弾
性変形量を略一定にできるとともに、スタイラス４０の
ねじ穴１００に対する姿勢も一定にでき、スタイラス４
０を接触部４２Ａをねじ穴１００の内周面に略一定の測
定力で接触させることが可能となる。

【００３６】このようにして、変形量検出手段７０の出
力値が略一定となるように、コンピュータ２０で第１ス
ライダ１３の駆動系を制御して、ワーク形状測定センサ
３３を水平方向へ移動させながら、第２スライダ１４に
より、ワーク形状測定センサ３３をねじ穴１００の表面
方向（軸方向）に沿って上昇させていく。そして、この
ときにおける第１スライダ１３および第２スライダ１４
の各変位を、座標値データとして図示しない各駆動系の
スケール等から連続的に読み取り、コンピュータ２０へ
記録、保存する。ワーク形状測定センサ３３の接触部４
２Ａは、前述した公知の倣いプローブと同様に、ねじ穴
１００の内周面形状に倣って移動するので、第１スライ
ダ１３および第２スライダ１４の座標値データは、ねじ
穴１００の内周面形状を表すこととなる。これにより、
ねじピッチａ、有効ねじ部長さｂ、不完全ねじ部長さｃ
およびねじ穴深さｄなどの、ねじのパラメータを求める
ことができる。

【００３７】上述のような本実施形態によれば、次のよ
うな効果がある。すなわち、本実施形態では、第１測定
モードによる測定において、ねじ穴１００表面にスタイ
ラス４０の接触部４２Ａを接触させた状態で、ねじ穴１
００とワーク形状測定センサ３３とをねじ穴１００の軸
方向（上下方向）へ沿って相対移動させる。すると、ス
タイラス４０の接触部４２Ａはねじ穴１００の内周面形
状に倣うため、相対移動方向と略直交する方向へも変位
し、このスタイラス４０が取り付けられたアダプタ５０
のスタイラス取付部５１も同方向へ変位する。一方、ア
ダプタ５０の本体取付部５２は、ねじ穴１００の軸方向
へ沿って相対移動する本体６０へ取り付けられているた
め、その変位の方向は相対移動方向のみとなる。つま
り、本体６０に対して、アダプタ５０のスタイラス取付
部５１は相対移動方向と略直交する方向へ変位し、本体
取付部５２は変位しないため、これらスタイラス取付部
５１と本体取付部５２とを連結する連結部５３が弾性変
形する。従って、スタイラス取付部５１の変位量、すな
わちスタイラス４０の接触部４２Ａの変位量は、連結部
５３の弾性変形量によって表すことができる。このよう
な連結部５３の弾性変形量を変形量検出手段７０によっ
て連続的に検出すれば、短時間で連続的なねじ穴１００
の内周面形状のデータが収集できる。

【００３８】スタイラス４０は、スタイラス取付部５１
に取り付けられかつねじ穴１００の軸方向へ沿う第１ア
ーム部４１と、この第１アーム部４１から略直角に折曲
されて形成されかつ接触部４２Ａを有する第２アーム部
４２とを備えているため、スタイラス４０を容易にねじ
穴１００内に挿入できるとともに、その接触部４２Ａを
ねじ穴１００の内周面に確実に接触させることができ
る。

【００３９】スタイラス４０の接触部４２Ａが相対移動
方向と略平行な連結部５３の中心線Ｃ上に配置されてい
る。従って、接触部４２Ａにかかる連結部５３の軸線方
向への摩擦力は、連結部５３の相対移動方向と略直交す
る方向への弾性変形量として現れない。これにより、被
測定物の面粗さ等によって変動する摩擦力の影響を排除
することができ、スタイラス４０の相対移動方向と略直
交する方向への変位量のみを連結部５３の弾性変形量に
反映させることができる。

【００４０】連結部５３の弾性変形量を検出する変形量
検出手段７０は、連結部５３に装着されるひずみゲージ
７１を含んで構成されているので、安価に構成できる。

【００４１】スタイラス４０は、ピアノ線で形成されて
いるため、安価に構成できるうえ、ピアノ線を折曲する
ことでねじ部形状に対応した任意の形状のスタイラス４
０を容易に形成することができる。

【００４２】まず、ホルダ１５にタップ３２を取り付
け、加工対象物にねじ穴１００を形成した後、ホルダ１
５からタップ３２を外し、ワーク形状測定センサ３３を
取り付けてねじ穴１００の形状測定を行う。ねじ穴１０
０を最終加工形状に仕上げるねじ切りと、このねじ切り
後に必要な測定とを同一の装置で行っているので、被測
定物（加工対象物）を移動させる必要がない。これによ
り、測定のために被測定物の位置決めや移動を行う必要
がなくなり、測定時間を短縮できる。

【００４３】ねじ穴１００の形状測定とともに、加工対
象物にねじ穴１００を形成する一連の加工工程を行うこ
とができる。つまり、ねじ穴１００のねじ下穴の加工か
ら、ねじ切り、ねじ穴１００の形状測定までを一連の流
れで行うことができ、加工時間および測定時間の短縮を
はかることができる。測定センサは測定対象（ねじ形
状）の形状、大きさによって最適な形状、大きさのセン
サに容易に交換できる。

【００４４】本実施形態では、第２測定モードによる測
定において、ねじ穴１００表面にスタイラス４０の接触
部４２Ａを接触させた状態で、ねじ穴１００とワーク形
状測定センサ３３とをねじ穴１００の軸方向（上下方
向）へ沿って相対移動させる際、コンピュータ２０の制
御によって、変形量検出手段７０の出力が略一定値とな
るように第１スライダ１３を略水平方向に移動させてい
る。すなわち、ねじ穴１００表面の形状に従って相対移
動方向（上下方向）と略直交する方向（左右方向＝測定
面垂直方向）へ接触部４２Ａが変位すると、アダプタ５
０の連結部５３が弾性変形して変形量検出手段７０の出
力値が変化するので、当該出力値を前述した所定値に復
帰させようと、ワーク形状測定センサ３３が左右方向
（水平方向）へ移動される。従って、スタイラス４０の
接触部４２Ａの変位量（上下方向、左右方向）は、第１
スライダ１３と第２スライダ１４の変位量によってあら
わすことができ、これらの変位量を座標値データとして
連続的に検出、収集すれば、短時間で連続的なねじ穴１
００の内周面形状のデータが収集できる。

【００４５】第２測定モードによる測定において、アダ
プタ５０の弾性変形量が一定に保たれることで、スタイ
ラス４０のねじ穴１００（測定面）に対する姿勢を一定
に保持できるから、スタイラス４０の接触部４２Ａと、
アダプタ５０の本体取付部５２との間の距離を略一定に
維持することができるようになる。つまり、測定中に、
接触部４２Ａおよび本体取付部５２間の距離が変動する
ことがなく、スタイラス４０の円弧誤差発生を回避でき
るから、スタイラス４０の接触部４２Ａの変位を、第１
および第２スライダ１３，１４の変位に、より高精度に
反映させることができ、測定精度を向上させることがで
きる。

【００４６】また、本実施形態では、変形量検出手段７
０の出力、すなわちアダプタ５０の連結部５３の弾性変
形量を略一定に維持した状態で測定を行っているから、
ねじ穴１００の表面形状の起伏が大きい場合であって
も、アダプタ５０の連結部５３が大きく変形することな
く、つまり、連結部５３に弾性限界を超える応力がかか
ることなく測定を行うことができ、広い測定レンジでワ
ーク形状測定装置を１利用することができる。

【００４７】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変
形、改良は、本発明に含まれるものである。たとえば、
前記実施形態では、スタイラス４０自体は弾性変形しな
いケースで説明しているが、スタイラス４０の剛性が低
く、ねじ部の形状測定時に弾性変形する場合であって
も、同等の測定性能を得ることができる。具体的に、中
心線Ｃ直交方向の接触部４２Ａの変位によって、スタイ
ラス４０と連結部５３との両方が弾性変形した場合、ひ
ずみゲージ７１によって、接触部４２Ａの中心線Ｃ直交
方向の変位量を正確に測定することはできないが、変位
量は、スタイラス４０および連結部５３の両方の弾性変
形によって吸収される。このため、接触部４２Ａが中心
線Ｃ直交方向に変位しているかどうか、または、その変
位の大小を、ひずみゲージ７１によって検出することが
できる。求めるねじ穴１００のパラメータは、図１０に
示すように、ねじ穴１００の軸方向へ沿った各種パラメ
ータａ〜ｄであるから、接触部４２Ａが中心線Ｃ直交方
向に変位しているかどうか、または、その変位の大小が
検出できれば、このような場合であっても、ねじ穴１０
０のパラメータａ〜ｄを正確に求めることができる。ま
た、スタイラス４０と連結部５３との両方の弾性変形比
率を予め測定しておけば、ひずみゲージ７１の検出値か
ら、接触部４２Ａの変位量を校正して求めることもでき
る。

【００４８】また、スタイラスとしては、ワークの形状
等に応じて適宜な大きさ、形状を有するものを用いれば
よく、たとえば、径の小さくかつ長さが長いねじ穴の場
合は、第１アーム部の長さが長くかつ第２アーム部の長
さが短いスタイラスを用いればよい。

【００４９】前記実施形態では、ワーク形状測定センサ
３３が移動することで、ワーク形状測定センサ３３とね
じ穴１００とがねじ穴１００の軸方向へ相対移動してい
るが、これに限らず、測定対象であるねじ穴を移動させ
てもよく、ワーク形状測定センサとねじ穴との両方を移
動させてもよく、要するに、ワーク形状測定センサとね
じ穴とを相対移動させればよい。

【００５０】前記実施形態では、測定対象のねじ部とし
てねじ穴１００を挙げているが、本発明に係るねじ部は
ねじ穴に限定されるものではなく、ねじ軸であってもよ
い。さらに、測定対象はねじ形状に限らず、一般的な二
次元形状測定対象や三次元形状測定対象であってもよ
い。

【００５１】

【発明の効果】本発明のワーク形状測定センサおよびワ
ーク形状測定装置によれば、短時間で連続的なワークの
表面形状のデータが収集できるとともに、安価に構成で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るワーク形状測定装置
を示す概略構成図である。

【図２】前記実施形態に係るワーク形状測定センサを一
部破断して示す側面図である。

【図３】前記実施形態に係るワーク形状測定センサのア
ダプタを拡大して示す斜視図である。

【図４】前記実施形態に係るワーク形状測定装置の作用
を示す図である。

【図５】前記実施形態に係るワーク形状測定装置の他の
作用を示す図である。

【図６】前記実施形態に係るワーク形状測定装置の第１
測定モードよる測定を説明するための模式図である。

【図７】図６の要部を示す拡大図である。

【図８】前記実施形態に係るワーク形状測定装置の第２
測定モードによる測定を説明するための模式図である。

【図９】本発明の作用を説明するための模式図である。

【図１０】測定対象であるねじ穴を示す模式図である。

【符号の説明】

１ ワーク形状測定装置 １５ ホルダ ２０ 制御手段であるコンピュータ ３１ 加工工具であるドリル ３２ 加工工具であるタップ ３３ ワーク形状測定センサ ４０ スタイラス ４１ 第１アーム部 ４２ 第２アーム部 ４２Ａ 接触部 ５０ アダプタ ５１ スタイラス取付部 ５２ 本体取付部 ５３ 連結部 ６０ 本体 ７０ 変形量検出手段 ７１ ひずみゲージ １００ ねじ部であるねじ穴 Ｃ 中心線

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F069 AA66 BB40 CC10 GG01 GG20 GG62 HH01 LL03 LL07 MM01 MM13 MM23 MM32 SS05 SS13 SS22

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端側にワーク表面に接触する接触部を
   有したスタイラスと、このスタイラスをアダプタを介し
   て保持する本体とを備え、 前記アダプタは、前記スタイラスの他端側が取り付けら
   れるスタイラス取付部と、前記本体に取り付けられる本
   体取付部と、これらスタイラス取付部と本体取付部とを
   連結しかつ弾性変形可能な連結部とを含んで構成され、 前記連結部は、弾性変形して、前記ワークの表面形状に
   ともなう前記スタイラスおよびスタイラス取付部の前記
   本体取付部に対する変位を許容し、 前記連結部の弾性変形量を検出する変形量検出手段が設
   けられていることを特徴とするワーク形状測定センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のワーク形状測定センサ
   において、前記スタイラスは、略Ｌ字状に形成され、他
   端側が前記スタイラス取付部に取り付けられかつ前記ワ
   ークの軸方向へ沿う第１アーム部と、この第１アーム部
   の一端側から略直角に折曲されて形成されかつ一端側に
   前記接触部を有する第２アーム部とを備えていることを
   特徴とするワーク形状測定センサ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のワーク
   形状測定センサにおいて、前記スタイラスの接触部が前
   記ワーク表面に接触しながら、当該ワークと前記本体と
   が前記ワークの表面方向へ略沿って相対移動され、 前記スタイラスの接触部は、前記相対移動方向と略平行
   な前記連結部の中心線上に配置されていることを特徴と
   するワーク形状測定センサ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載のワーク形状測定センサにおいて、前記変形量検出手
   段は、前記連結部に装着されるひずみゲージを含んで構
   成されていることを特徴とするワーク形状測定センサ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載のワーク形状測定センサにおいて、前記スタイラス
   は、ピアノ線から形成されていることを特徴とするワー
   ク形状測定センサ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
   載のワーク形状測定センサにおいて、前記スタイラスの
   接触部は、前記ワークに形成されたねじ部の表面に接触
   されることを特徴とするワーク形状測定センサ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれかに記
   載のワーク形状測定センサを備えたワーク形状測定装置
   であって、 前記ワーク形状測定センサが着脱可能に取り付けられる
   ホルダと、このホルダと前記ワーク表面とを当該ワーク
   の表面方向へ略沿って相対移動させる表面方向相対移動
   機構と、この表面方向相対移動機構を制御する制御手段
   とを備えたことを特徴とするワーク形状測定装置。
8. 【請求項８】 請求項６に記載のワーク形状測定センサ
   を備えたワーク形状測定装置であって、 前記ワーク形状測定センサが着脱可能に取り付けられる
   ホルダと、このホルダと前記ワーク表面とを当該ワーク
   の表面方向へ略沿って相対移動させる表面方向相対移動
   機構と、この表面方向相対移動機構を制御する制御手段
   とを備え、 前記ホルダには、加工対象物にねじを切って前記ねじ部
   を形成する加工工具が着脱可能に取り付けられることを
   特徴とするワーク形状測定装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のワーク形状測定装置に
   おいて、前記ホルダには、加工対象物に前記ねじ部のね
   じ下穴を形成する加工工具が着脱可能に取り付けられる
   ことを特徴とするワーク形状測定装置。
10. 【請求項１０】 請求項７ないし請求項９のいずれかに
    記載のワーク形状測定装置において、 前記ホルダと前記ワーク表面とを当該ワーク表面と略直
    交する方向へ相対移動させる表面直交方向相対移動機構
    を備え、 前記制御手段には、前記変形量検出手段から出力される
    信号が入力されるとともに、 前記制御手段は、前記スタイラスの接触部を前記ワーク
    表面に接触させながら前記ホルダと前記ワーク表面とを
    当該ワークの表面方向へ略沿って相対移動させる際、前
    記変形量検出手段からの出力信号が略一定となるように
    前記表面直交方向相対移動機構を制御することを特徴と
    するワーク形状測定装置。