JP2004101344A

JP2004101344A - 円柱形状物の測定装置

Info

Publication number: JP2004101344A
Application number: JP2002262801A
Authority: JP
Inventors: Hideki Machitori; 待鳥　秀樹
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】被測定物に傷等の欠点を発生させずに、容易にかつ高精度で外径、真直度、円筒度等の測定ができる円柱形状物の測定装置を提供する。
【解決手段】円柱形状物の測定装置１０を、被測定物Ｗを支持する被測定物支持台１４と、被測定物Ｗの直径よりも大径の孔が形成され、孔の内周部から中心方向に向けて気体が噴射される被測定物受け部２０と、噴射される気体の背圧の変化を電気信号に変換する空／電変換器２２と、で構成し、被測定物Ｗが前記被測定物受け部２０の孔に挿入されたときの、前記空／電変換器２２からの信号よって、前記被測定物Ｗの外径が求められるようにした。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円柱形状物の測定装置に係り、特に、被測定物に傷を付けることなく非接触で外径、真直度、円筒度等を測定できる円柱形状物の測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円盤状物、円柱状物、円錐状物等の真円度等の測定を行なうとき、真円度測定装置が広く用いられている。特に多用されているこの種の装置として、被測定物を載置したワークテーブルを回転させるとともに、この被測定物に検出器のプローブを接触させながら真円度を測定するテーブル回転式真円度測定装置がある。この測定装置は、検出器のプローブ、特に一般的に使用されるレバー式のプローブを被測定物に接触させながら測定する。また、円筒度、同軸度等はＶブロック等に被測定物を載せ、被測定物を回転させながらを測定する簡易式の測定方法も採用されている。
【０００３】
なお、真円度測定装置とは狭義の真円度のみならず、以下に列挙する各種の測定種別（測定項目）を含んでいる。市場に流通している真円度測定装置（たとえば、東京精密社製、商品名：ロンコム）も、このような測定項目に適用できる旨仕様書に列挙されている。
【０００４】
上記測定項目（測定項目）は、たとえば、回転方向（θ）で、真円度、平面度、平行度、同心度、同軸度、円筒度、径偏差、偏肉度、直角度、振れ、直径値が、直動方向（Ｚ）で、真直度、テーパ度、円筒度、直角度、平行度が、半径方向（Ｒ）で、真直度が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の真円度測定装置ではこの検出器のプローブが被測定物に接触することにより被測定物に傷を付けやすい。また、Ｖブロック等に被測定物を載せて回転させた場合にも被測定物に傷を付けやすい。特に、軟質の被測定物の場合には、測定中に被測定箇所が削れる等して、正確な測定ができないという問題も生じる。
【０００６】
一方、非接触式の検出器を使用すれば、被測定物の傷はなくせる。ところが、従来の、被測定物を載置したワークテーブルを回転させるタイプの真円度測定装置に非接触式の位置センサを導入した例は、センサ自体が高価であるためか、使用上の不具合等のためか、ほとんど見られない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被測定物に傷等の欠点を発生させずに、容易にかつ高精度で外径、真直度、円筒度、同心度等の測定ができる円柱形状物の測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、被測定物を支持する被測定物支持台と、前記被測定物の直径よりも大径の孔が形成され、該孔の内周部から中心方向に向けて気体が噴射される被測定物受け部と、前記噴射される気体の背圧の変化を電気信号に変換する空／電変換器と、前記被測定物を前記被測定物受け部に対して相対的に上下移動する昇降機構と、前記被測定物受け部の外周部周縁に設けられ、前記被測定物受け部の位置の変位を検出する複数個の位置センサと、を有し、前記被測定物が前記被測定物受け部の孔に挿入されて前記被測定物と前記孔とが自動求心されるとともに、前記空／電変換器からの信号によって、前記被測定物の外径が求められ、前記被測定物が前記被測定物受け部に対して相対的に上下移動されたときの、前記複数個の位置センサの検出信号によって前記被測定物の真直度又は円筒度が求められることを特徴とする円柱形状物の測定装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、噴射される気体により被測定物が被測定物受け部の孔の中心に支持され（すなわち、被測定物に対し被測定物受け部を求心させ）、空／電変換器により被測定物の外径が求められる。同時に、この被測定物受け部の位置が測定される。そして、被測定物が昇降機構により被測定物の長手方向に移動されることにより被測定物の真直度、円筒度等が求められる。この構成により被測定物に傷を付けることなく、簡易かつ迅速に精度良く被測定物の真直度、円筒度等が求められる。
【００１０】
ただし、この真直度、円筒度は、Ａ／Ｅ変換器のデータと位置センサのデータより求められるものであるが、簡易的な真直度、円筒度である（円周方向の全てのデータが得られた訳ではない）。なお、被測定物の形状によっては（たとえば、複数の直径よりなる段差を有する円柱で、その段差量の少ないもの）、真直度、円筒度以外に同心度等の測定も可能である。
【００１１】
ここで、空／電変換器（以後Ａ／Ｅ変換器と称する）とは、被測定物受け部の内周部から噴射される気体の背圧の変化を、内蔵するベローズと差動変圧器とによって電気信号に変換するポジションセンサであって、東京精密社等より市販されているものである。
【００１２】
また、本発明は、被測定物を支持する被測定物支持台と、上下に複数個積層され、前記被測定物の直径よりも大径の孔が形成されるとともに、該孔の内周部から中心方向に向けて気体が噴射される被測定物受け部と、前記複数の被測定物受け部の外周部周縁に夫々複数個設けられ、前記夫々の被測定物受け部の位置の変位を検出する位置センサと、を有し、前記被測定物が前記複数の被測定物受け部の孔に挿入されて前記被測定物と前記複数の被測定物受け部の孔とが夫々自動求心されたときの、前記夫々の複数個の位置センサの検出信号によって前記被測定物の真直度、円筒度又は同心度が求められることを特徴とする円柱形状物の測定装置を提供する。
【００１３】
本発明によれば、被測定物受け部が上下に複数個積層され、噴射される気体により被測定物が複数個の被測定物受け部の孔の中心に支持され（すなわち、被測定物に対し複数個の被測定物受け部を夫々求心させ）、その状態で、この複数個の被測定物受け部の位置が測定される。この構成により被測定物に傷を付けることなく、簡易かつ迅速に精度良く被測定物の同心度や同軸度が求められる。
【００１４】
本発明において、前記複数個の位置センサは非接触式の位置センサであることが好ましい。前記被測定物受け部の外周部の位置測定は接触式の位置センサであっても被測定物の傷等とは関係ない。ただし、この位置センサが非接触式の位置センサであれば、接触式の位置センサのようなプローブの接触圧を被測定物受け部に与えず、測定精度の点で好ましいからである。
【００１５】
また、本発明において、前記被測定物受け部の内周部分が多孔質材で形成されていることが好ましい。被測定物受け部の孔の内周部に、円周方向に均等に気体噴射孔が形成されていれば、被測定物は孔の中心に支持されるが、被測定物受け部の内周部分が多孔質材で形成されていれば、より確実に被測定物が孔の中心に支持されるからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る円柱形状物の測定装置の好ましい実施の形態について詳説する。図１（ａ）は、本発明に係る円柱形状物の測定装置の実施態様の概略構成図である。円柱形状物の測定装置１０は、測定部本体１２、被測定物Ｗを支持する被測定物支持台１４、被測定物支持台１４を上下方向に移動させる昇降機構１６、測定部本体１２の外周部近傍に複数個配される位置センサ１８、図示しないＣＰＵ等より構成される制御部等より構成される。
【００１７】
測定部本体１２は、図示しない躯体（台座）上に固定された受け座３０と、この受け座３０上にフローティング支持される被測定物受け部２０より構成される。受け座３０は、円筒状部材であり、後述する被測定物Ｗ及び被測定物支持台１４の下側支持部４２が貫通できるのに充分な内径サイズとなっている。受け座３０の上端面は、被測定物受け部２０をフローティング支持できるように平坦に加工されている。
【００１８】
被測定物受け部２０は、円筒状部材であり、内周部に多孔質材２４が嵌合されている。被測定物受け部２０の下端面は、受け座３０上にフローティング支持されるように平坦に加工されており、また、円周回りにエア溝３２が形成されている。被測定物受け部２０外周部側面に設けられたエア供給部３４より供給されるエアはエア溝３２と連通されており、このエア溝３２に所定流量のエアが供給されることにより、被測定物受け部２０は受け座３０上にフローティング支持される。なお、エア供給部３４へのエア源からの配管の図示は省略してある。
【００１９】
なお、図示の被測定物受け部２０は、受け座３０と略同一の外径となっているが、受け座３０上にフローティング支持される構成であれば、特に外径に制限はない。
【００２０】
被測定物受け部２０の内周部に嵌合される多孔質材２４は、内径が被測定物Ｗの外径より大きく形成された円筒状部材であり、Ａ／Ｅ変換器２２及びエア供給部２３を経由して供給されるエアがこの被測定物受け部２０の孔の中心方向に向けて噴射されることにより、被測定物Ｗがこの孔の中心に支持されるようになっている。
【００２１】
すなわち、被測定物受け部２０がフローティング支持されるとともに、このように多孔質材２４より被測定物受け部２０の孔の中心方向に向けてエアが均等に噴射されることにより、自動的に被測定物Ｗがこの孔の中心に支持される。この場合、被測定物Ｗは、後述するように被測定物支持台１４で固定支持されるので、被測定物受け部２０が被測定物Ｗと同心になるように水平方向に移動することとなる。
【００２２】
被測定物受け部２０にはＡ／Ｅ変換器２２が設けられており、このＡ／Ｅ変換器２２により被測定物Ｗの外径が求められる。すなわち、Ａ／Ｅ変換器２２は既述のように、被測定物受け部２０の孔の内周部から噴射されるエアの背圧の変化を、内蔵するベローズと差動変圧器とによって電気信号に変換するポジションセンサであり、被測定物受け部２０の孔の内周部と被測定物Ｗの外径とで形成される隙間の大小による背圧の変化から被測定物Ｗの外径が求められる。なお、Ａ／Ｅ変換器２２からの配線（信号取り出し線）の図示は省略してある。
【００２３】
被測定物受け部２０の外周部の周縁には複数個の位置センサ１８が設けられ、これらにより被測定物受け部２０の径方向の位置が測定されて、被測定物受け部２０の中心位置が求められる。被測定物受け部２０と多孔質材２４の孔とは同心になっているので、その結果、間接的に被測定物Ｗの中心が求められる。すなわち、前記の被測定物受け部２０と被測定物Ｗとの同心位置合わせの構成（フローティング支持と多孔質材２４よりのエア噴射による）により、被測定物受け部２０と被測定物Ｗとは同心となっており、被測定物Ｗを長手方向に移動させながら被測定物受け部２０の位置の変位を求めることにより、被測定物Ｗの真直度等（外径、円筒度）が求められる。
【００２４】
図１（ａ）において、一部の図示は省略されているが、位置センサ１８は、被測定物受け部２０の円周方向の３分割位置に設けられており、被測定物受け部２０の中心が精度良く求まるとともに、この位置センサ１８の測定による外乱、すなわちプローブＰによる触針圧が、被測定物受け部２０と被測定物Ｗとの同心位置合わせ（フローティング支持と多孔質材２４よりのエア噴射による）に影響しない構成としてある。
【００２５】
図１（ｂ）は、同図（ａ）のＡＡ線矢視図であり、被測定物受け部２０と３個のプローブＰ先端との位置関係を示している。なお、同図で被測定物受け部２０の内部等の図示は省略してある。
【００２６】
図１では、理解の便宜のため、位置センサ１８として接触式のセンサが示されているが、前記の位置センサ１８の測定による外乱、すなわちプローブＰによる触針圧が、被測定物受け部２０と被測定物Ｗとの同心位置合わせに影響しない構成とする趣旨からは、非接触式のセンサが採用されることが好ましい。このような非接触式の位置センサ１８としては、たとえば、レーザ方式の位置センサ、渦電流方式の位置センサ、静電容量方式の位置センサ等が使用できる。
【００２７】
被測定物支持台１４は、被測定物Ｗの上端部及び下端部を支持するとともに、この被測定物支持台１４自体が、昇降機構１６により上下に移動される構成をなしている。被測定物支持台１４は、略コ字形状をなし、支持台本体４０と下端支持部４２と上端支持部４４とよりなる。支持台本体４０と下端支持部４２とは一体をなし、略Ｊ字状をなし、支持台本体４０の上端部に図中の矢印Ｃのように上端支持部４４が回動自在に支持されている。
【００２８】
前記の昇降機構１６は、被測定物支持台１４と、図示しない躯体（台座）に固定された上下ガイドレール６０及び直動手段５０とを組み合わせることにより構成される。被測定物支持台１４の支持台本体４０の垂直部分には上下２箇所にガイドブロック６２が固定されており、この上下２箇所のガイドブロック６２は上下ガイドレール６０にスライド自在に支持されている。
【００２９】
一方、被測定物支持台１４の支持台本体４０の水平部分中央からはロッド材４６が垂設されており、このロッド材４６の下端部は直動手段５０のロッド５２の上端部とカップリング５４を介して接続されている。このカップリング５４は、被測定物支持台１４（ロッド材４６）と直動手段５０（ロッド５２）との軸心のズレ、水平方向のガタ、歪を緩和するために設けられるものである。
【００３０】
直動手段５０としては、被測定物支持台１４を精度よくスムースに昇降させられるものであれば、公知の各種手段、たとえば、各種シリンダ部材、リニアモータ等が使用できる。
【００３１】
次に、円柱形状物の測定装置１０による被測定物Ｗの測定手順について説明する。先ず、被測定物Ｗの外径に適した多孔質材２４を被測定物受け部２０にセットする。この際、被測定物Ｗの外径が不詳であれば、被測定物Ｗの概略の外径をマイクロメータ、ノギス等で測定し、それに適した孔を有する多孔質材２４を選択する。
【００３２】
次に、予め外径寸法が正確に測定されて既知になっているマスタ（測定基準ワーク）を多孔質材２４の内周部に嵌挿し、Ａ／Ｅ変換器２２による測定値の校正を行う。
【００３３】
次いで、被測定物Ｗを上から多孔質材２４の内周部に嵌挿し、被測定物Ｗの下端部を被測定物支持台１４の下端支持部４２で支持させる。そして、被測定物支持台１４の上端支持部４４を回動させて、上端支持部４４先端で被測定物Ｗの上端部を支持させる。これにより、被測定物支持台１４による被測定物Ｗの支持が完了する。
【００３４】
この状態で、エア供給部３４より所定流量のエアを供給して被測定物受け部２０をフローティングさせるとともに、Ａ／Ｅ変換器２２を経由してエアを供給しながら、各種の測定を行なう。
【００３５】
被測定物Ｗの外径の測定のみを行なう場合には、被測定物Ｗの外径の大小によるエアの背圧変化をＡ／Ｅ変換器２２で検出することによって被測定物Ｗの外径を算出する。
【００３６】
被測定物Ｗの真直度の測定のみを行なう場合には、被測定物受け部２０を受け座３０上にフローティング支持するとともに、位置センサ１８による測定を行ない、かつ、昇降機構１６により被測定物支持台１４を上下移動させる。ただし、Ａ／Ｅ変換器２２で被測定物Ｗの外径を測定する必要はない。
【００３７】
被測定物Ｗの円筒度の測定等を行なう場合には、Ａ／Ｅ変換器２２で被測定物Ｗの外径の測定を行い、被測定物受け部２０を受け座３０上にフローティング支持するとともに、位置センサ１８による測定を行ない、かつ、昇降機構１６により被測定物支持台１４を上下移動させる。
【００３８】
このように、各種の測定種別に応じて、円柱形状物の測定装置１０の各構成部分を有効に動作させて測定を行う。このような各種の測定種別に応じた測定ができるように、操作盤、操作パネル、制御用パソコン等の各種制御手段に測定種別に応じた入力表示を設けるとともに、図示しないＣＰＵ等より構成される制御部等により適正に制御されることが好ましい。
【００３９】
次に、本発明に係る円柱形状物の測定装置の他の実施態様について説明する。図２（ａ）は、この実施態様の概略構成図である。なお、図１（ａ）の構成と同一、類似の部材については、同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００４０】
この構成において、円柱形状物の測定装置１０には被測定物受け部２０が上下に複数個（３個）設けられている。この複数個（３個）の被測定物受け部２０は、夫々独立して被測定物Ｗに自動求心される。
【００４１】
このような構成を採用することにより、被測定物Ｗを上下方向に移動させることなく同軸度、同心度、及び簡易な真直度、円筒度等の測定を容易に行なうことができる。図示の例では、被測定物Ｗが段差のついた円柱状物であるが、内径の異なる多孔質材２４をそれぞれの被測定物受け部２０にセットすることにより、各種測定が容易にかつ高精度で行なえる。
【００４２】
図示の円柱形状物の測定装置１０は、説明の便宜のため、複数個の被測定物受け部２０が上下に隣接して配置されているが、間隔を設けて配置するのであってもよい。図示の例では、最下段の被測定物受け部２０の上端面と中央段の被測定物受け部２０の下端面、及び、中央段の被測定物受け部２０の上端面と最上段の被測定物受け部２０の下端面との間にもフローティング支持の構成が設けられている。
【００４３】
また、図示の例では、被測定物支持台１４の昇降ストロークが短い構成となっているが、説明の便宜のためであり、図１（ａ）の構成と同様に長くすることはできる。また、説明の便宜のため、被測定物支持台１４の支持台本体４０と下端支持部４２とが分割して図示されている。
【００４４】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢＢ線矢視図であり、各位置センサ１８のプローブＰ先端と被測定物受け部２０との位置関係を示している。なお、同図で被測定物受け部２０の内部等の図示は省略してある。同図において、最下段の被測定物受け部２０に接触する位置センサ１８のプローブＰＡ１、ＰＢ１、ＰＣ１、中央段の被測定物受け部２０に接触する位置センサ１８のプローブＰＡ２、ＰＢ２、ＰＣ２、及び、最上段の被測定物受け部２０に接触する位置センサ１８のプローブＰＡ３、ＰＢ３、ＰＣ３は、いずれも円周方向の３分割位置に設けられている。また、プローブＰＡ１、ＰＢ１、ＰＣ１とプローブＰＡ２、ＰＢ２、ＰＣ２、及び、プローブＰＡ２、ＰＢ２、ＰＣ２とプローブＰＡ３、ＰＢ３、ＰＣ３は、いずれも円周方向に６０度ずらして配置されている。
【００４５】
各位置センサ１８がこのように配置されることにより、各位置センサ１８の配置上の干渉が防止できる。ただし、この配置方法に限定されるものではなく、位置センサ１８の機種、各被測定物受け部２０の上下間隔等に応じて任意に構成できる。
【００４６】
なお、理想的には、各位置センサ１８の配置は、円周方向の同一位置になされることが好ましい。このように位置センサ１８が配置されれば、被測定物Ｗの径方向の誤差による影響を受けなくて済むからである。
【００４７】
以上、本発明に係る円柱形状物の測定装置の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。たとえば、被測定物受け部２０を受け座３０上にフローティング支持される構成としたが、これに代えて、たとえば、被測定物受け部２０を装置の上部からピアノ線等で吊着する構成も採用でき、本実施態様と同様に機能させることができる。
【００４８】
また、位置センサ１８を円周方向の３分割位置に各３個配する構成としたが、４個以上を円周方向の等分割位置に配する構成であってもよい。
【００４９】
更に、被測定物受け部２０を円筒状の部材としたが、この被測定物受け部２０の外周部を断面正方形とし、このうちの２辺の中央部に位置センサ１８のプローブＰ先端を接触させる構成も採用でき、本実施態様と同様に機能させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、噴射される気体により被測定物が被測定物受け部の孔の中心に支持され（すなわち、被測定物に対し被測定物受け部を求心させ）、空／電変換器により被測定物の外径が求められる。同時に、この被測定物受け部の位置が測定される。そして、被測定物が昇降機構により被測定物の長手方向に移動されることにより被測定物の真直度、円筒度等が求められる。この構成により被測定物に傷を付けることなく、簡易かつ迅速に精度良く被測定物の真直度、円筒度等が求められる。
【００５１】
また、請求項２に記載の発明によれば、被測定物受け部が上下に複数個積層され、噴射される気体により被測定物が複数個の被測定物受け部の孔の中心に支持され（すなわち、被測定物に対し複数個の被測定物受け部を夫々求心させ）、その状態で、この複数個の被測定物受け部の位置が測定される。この構成により被測定物に傷を付けることなく、簡易かつ迅速に精度良く被測定物の同心度や同軸度が求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円柱形状物の測定装置の実施態様の概略構成図
【図２】本発明に係る円柱形状物の測定装置の他の実施態様の概略構成図
【符号の説明】
１０…円柱形状物の測定装置、１２…測定部本体、１４…被測定物支持台、１６…昇降機構、１８…位置センサ、２０…被測定物受け部、２２…Ａ／Ｅ変換器（空／電変換器）、２４…多孔質材、Ｐ…プローブ（位置センサ）、Ｗ…被測定物

Claims

被測定物を支持する被測定物支持台と、
前記被測定物の直径よりも大径の孔が形成され、該孔の内周部から中心方向に向けて気体が噴射される被測定物受け部と、
前記噴射される気体の背圧の変化を電気信号に変換する空／電変換器と、
前記被測定物を前記被測定物受け部に対して相対的に上下移動する昇降機構と、
前記被測定物受け部の外周部周縁に設けられ、前記被測定物受け部の位置の変位を検出する複数個の位置センサと、を有し、
前記被測定物が前記被測定物受け部の孔に挿入されて前記被測定物と前記孔とが自動求心されるとともに、前記空／電変換器からの信号によって、前記被測定物の外径が求められ、
前記被測定物が前記被測定物受け部に対して相対的に上下移動されたときの、前記複数個の位置センサの検出信号によって前記被測定物の真直度又は円筒度が求められることを特徴とする円柱形状物の測定装置。
被測定物を支持する被測定物支持台と、
上下に複数個積層され、前記被測定物の直径よりも大径の孔が形成されるとともに、該孔の内周部から中心方向に向けて気体が噴射される被測定物受け部と、
前記複数の被測定物受け部の外周部周縁に夫々複数個設けられ、前記夫々の被測定物受け部の位置の変位を検出する位置センサと、を有し、
前記被測定物が前記複数の被測定物受け部の孔に挿入されて前記被測定物と前記複数の被測定物受け部の孔とが夫々自動求心されたときの、前記夫々の複数個の位置センサの検出信号によって前記被測定物の真直度、円筒度又は同心度が求められることを特徴とする円柱形状物の測定装置。
前記複数個の位置センサは非接触式の位置センサである請求項１又は２のいずれか１項に記載の円柱形状物の測定装置。
前記被測定物受け部の内周部分が多孔質材で形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の円柱形状物の測定装置。