JP2005257395A

JP2005257395A - 測定ヘッド

Info

Publication number: JP2005257395A
Application number: JP2004067744A
Authority: JP
Inventors: Masato Ebihara; 正人海老原; Takashi Kikuchi; 孝志菊地; Nozomi Takai; 望高井
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】穴の内側の寸法又は軸の外側の寸法を測定するにあたり、専用の測定機等を使用せずに、容易に、穴又は軸の断面形状又は全体形状を把握するためのデータを採取することができる測定ヘッドを提供すること。
【解決手段】穴の内側の寸法又は軸の外側の寸法を測定するために用いられる測定ヘッド１０に、測定ヘッド１０が穴又は軸の中心線ＣＬを中心として自転した時の、測定ヘッド１０の自転角度を検出する角度検出手段１５を設け、穴の断面形状を測定可能にした。また、穴又は軸の端面から測定点までの距離を検出する測定位置検出手段１０Ｂを設け、複数の測定位置で穴又は軸の断面の輪郭形状を測定することができるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの寸法を測定する測定装置の測定ヘッドに関するもので、特に穴の内側の寸法又は軸の外側の寸法を測定する測定装置の測定ヘッドに関する。

ワークに形成された穴の内側の寸法又は軸の外側の寸法を測定する測定装置においては、寸法を検出する測定ヘッドと測定データを処理する管制部とに分離された形態のものが多く用いられ、測定ヘッドには種々の形式がある。

例えば、ワークに形成された穴の内径を測定する場合、測定ヘッドの測定部を穴に挿入し、接触子を穴の内壁に当接させて接触子の変位量（移動量）を検出し、この検出値から穴の内径を算出する接触式の測定ヘッドが用いられている。

また、光やエアを用いた非接触式の測定ヘッドも用いられている。これら接触式又は非接触式の測定ヘッドで得られた検出データは、管制部に送られて演算処理され、画面表示やプリンタでプリントアウトされる。

また、測定ヘッドにダイヤルゲージを組み込んで接触子の変位量を表示させる内径測定器も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
実開平６−２２９０２号公報

しかし、前述の特許文献１等の測定ヘッドを使用する場合、測定ヘッドの測定部を穴に挿入した状態で穴の軸心を中心に自転回転させながら直径データを採取することにより、穴径の最大値及び最小値を検出することができるが、自転角度が検出されないので穴の断面形状を測定することができない。

また、測定点の深さ方向の位置も検出されないので、測定者が接触子を穴に挿入する時に目分量で決めて挿入している。このため測定点の深さ方向位置が不正確で、穴の全体形状を把握することができなかった。

このため、穴の全体形状を把握するためには、高価な専用の真円度測定機等を使用しなければならなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、穴の内側の寸法又は軸の外側の寸法を測定するにあたり、専用の測定機等を使用せずに、容易に、穴又は軸の断面形状又は全体形状を把握するためのデータを採取することができる測定ヘッドを提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、穴の内側の寸法又は軸の外側の寸法を測定するために用いられる測定ヘッドにおいて、前記寸法を測定する寸法測定手段と、前記測定ヘッドが前記穴又は軸の中心線を中心として自転した時の、前記測定ヘッドの自転角度を検出する角度検出手段と、が設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、測定ヘッドを穴又は軸の中心線を中心として自転回転させながら穴又は軸の寸法を測定した時に、その自転角度が検出されるので、穴又は軸の断面の輪郭形状を容易に測定することができる。

また、本発明は、検出された前記測定ヘッドの自転角度を基に、前記測定ヘッドの姿勢に起因する前記寸法の測定値の指向性誤差を補正するか、又は前記指向性誤差の大きな測定値を削除する測定データ修正手段が設けられていることを付加的要件としている。

これによれば、測定ヘッドの姿勢に起因する測定値の指向性誤差が補正されるか、あるいは指向性誤差の大きな測定値が削除されるので、測定精度が向上する。

また、本発明は、前記穴又は軸の端面から測定点までの距離を検出する測定位置検出手段が設けられていることを付加的要件としている。

これによれば、複数の測定位置で穴又は軸の断面の輪郭形状を測定することができるので、穴又は軸の真円度、円筒度等の三次元的な輪郭形状を容易に測定することができる。

また、本発明は、前記寸法の測定値と前記測定ヘッドの自転角度の少なくともいずれかを表示する表示手段を有することを付加的要件とし、更に前記寸法の測定値、前記測定ヘッドの自転角度、及び前記測定位置のデータのうち少なくともいずれか１つを表示する表示手段を有することを付加的要件としている。

これによれば、測定時に測定ヘッドの自転角度を確認しながら測定することができ、あるいは測定位置や測定ヘッドの自転角度を確認しながら測定することができ、また測定値の確認も容易にできる。

また、本発明は、前記寸法の測定値、及び前記測定ヘッドの自転角度を外部に転送するデータ転送手段を有することを付加的要件とし、更に前記寸法の測定値、前記測定ヘッドの自転角度、及び前記測定位置のデータを外部に転送するデータ転送手段を有することを付加的要件としている。

これによれば、寸法の測定値と測定ヘッドの自転角度のデータを外部のデーター処理装置側で取り込み、データー処理装置側で測定ヘッドの指向性の補正や真円度の計算、及び輪郭形状の作図等を行うことができる。また、データー処理装置側で円筒度等の三次元的な輪郭形状評価を行うことが可能となる。

また、本発明は、前記寸法の測定値、前記測定ヘッドの自転角度、及び前記測定位置のデータのうち少なくともいずれか１つを無線で外部に転送するデータ転送手段を有することを付加的要件としている。

これによれば、データを無線で外部に転送できるので、測定ヘッドを自転させて測定する際に、配線のねじれや断線の心配がない。

以上説明したように本発明の測定ヘッドによれば、測定ヘッドを穴又は軸の中心線を中心として自転回転させながら穴又は軸の寸法を測定した時に、その自転角度が検出されるので、穴又は軸の断面の真円度等の輪郭形状を容易に測定することができる。

以下添付図面に従って本発明に係る測定ヘッドの好ましい実施の形態について詳説する。尚、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。

図１は、穴の内径測定用の測定ヘッドを表わしている。測定ヘッド１０は、測定ヘッド本体１１、穴の内径を測定する寸法測定手段１０Ａ、測定ヘッド１０の自転角度を検出する角度検出手段である角速度センサ１５、測定位置検出手段１０Ｂ、測定データ修正手段１８、表示手段であるディスプレイ２２、データー転送手段２３等から構成されている。

寸法測定手段１０Ａは、測定ヘッド本体１１内に設けられた図示しない２個のシーソー部材、２個のシーソー部材の夫々の一端に固定された測定子である接触子１２、各シーソー部材の他端の変位を検出する変位検出器１３、各接触子１２が外側に向けて移動するように各シーソー部材を付勢する図示しない付勢部材、及び接触子１２、１２をワークＷの穴に挿入する時のガイド部１４等で構成されている。また、変位検出器１３には差動変圧器が用いられている。

ワークＷに形成された穴の入口から測定点までの距離を検出する測定位置検出手段１０Ｂは、測定ヘッド本体１１にガイド部１４の長手方向と平行にスライド可能に支持された断面が台形形状の可動部材１６、可動部材１６の移動量を測定するデジタルスケール２１とからなっている。

また、可動部材１６は断面が台形形状で、測定ヘッド本体１１内に形成されているアリ溝に滑合支持されるとともに、ガイド部１４の先端方向に向けてバネ（付勢部材）２０によって付勢されている。

デジタルスケール２１としては、小型のモアレ縞スケールと読取りヘッドが用いられ、デジタルスケール２１の読取り値から小型のＬＣＤを用いたディスプレイ２２で測定点深さを表示するようになっている。

可動部材１６には、長手方向に目盛１７が形成され、ディスプレイ２２と併用して可動部材１６の一端面から接触子１２までの距離が読み取れるようになっている。更に、付勢部材であるバネ２０によって付勢された可動部材１６には図示しないストッパーピンが設けられ、前述の可動部材１６の一端面から接触子１２までの距離が零の時にこのストッパーピンが測定ヘッド本体１１の突起部に当接して、それ以上スライドしないようになっている。

また、測定ヘッド本体１１には、測定ヘッド本体１１と螺合して可動部材１６を任意の位置で固定することのできるクランパ１９が設けられている。クランパ１９を摘まんでねじ込むことにより可動部材１６が固定され、クランパ１９を緩めることにより可動部材１６がアンクランプされてスライド可能となる。

可動部材１６がアンクランプの状態でガイド部１４をワークＷの穴に挿入してゆくと、可動部材１６が穴の入口側の面と当接し、バネ２０の付勢力に抗して測定ヘッド本体１１内に押込まれ、目盛１７又はディスプレイ２２から挿入深さが読み取れる。従って、接触子１２を設定測定深さまで容易に挿入することができる。

また、目盛１７又はディスプレイ２２が所定の測定深さを表示する位置で、クランパ１９によって可動部材１６を固定すれば、可動部材１６の先端が穴の形成された面に突き当たるまでガイド部を穴に挿入するだけで、接触子１２を容易に正確に測定深さに位置付けることができる。

また、クランパ１９によって可動部材１６を所定測定深さに固定した状態でガイド部１４をワークＷの穴に挿入し、測定ヘッド１０を回転させれば、穴の１周分のデータを取り込むことができ、穴の内径測定だけでなく真円度評価をすることができる。

また、測定ヘッド本体１１には、測定ヘッド１０を穴の中心線ＣＬを中心に自転回転させた時の回転角度を検出する角速度センサ（角度検出手段）１５が組込まれ、検出された回転角度はディスプレイ２２で表示される。

角速度センサ１５としては、コリオリの力を応用したワンチップのシリコンジャイロが用いられ、測定ヘッド１０が自転回転した時の加速度から角速度を計算し、自転角度を算出している。

寸法測定手段１０Ａで測定された穴の内径値、角速度センサ１５で検出された測定ヘッド１０の自転角度、及び測定位置検出手段１０Ｂで検出された穴の測定点深さは、小型のＬＣＤを用いたディスプレイ２２に表示されるようになっている。

ワークＷの穴が水平方向に形成されている場合、図１に示すように、測定ヘッド１０を水平にして穴径を測定するが、測定ヘッドの寸法測定手段１０Ａは重力に起因する指向性を有しているので、この指向性による測定誤差を補正するための測定データ修正手段１８が測定ヘッド本体１１内に組込まれている。

測定データ修正手段１８は、メモリーチップとマイクロプロセッサとからなり、メモリーチップには、内径寸法が既知のマスターワークに接触子１２、１２を挿入して測定ヘッド１０を１回転させた時の各回転位置に対応した内径測定データが予め記憶され、ワークＷの穴径測定時にはマイクロプロセッサが角速度センサ１５で検出された測定ヘッド１０の自転角度に応じて測定データを修正する。

また、マイクロプロセッサが指向性による誤差の大きな角度に対応する測定データを削除し、誤差の少ないデータのみを採用するようにしてもよい。

更に、測定ヘッド本体１１には無線によるデーター転送手段２３が組込まれ、ワークＷに形成された穴の計測データ、指向性修正データ、測定ヘッド本体１１の自転角度データ及び測定点深さデータを外部の管制部５０に転送するようになっている。

管制部５０のデーター処理装置５１では、測定ヘッド本体１１の自転角度データ、測定点深さデータ、穴の内径計測データと測定ヘッド１０の指向性修正データを受信して、測定した穴の立体的解析データや評価データを作成し、プリンタ５２でプリントアウトする。

ワークＷに形成された穴の内径を測定する時は、測定ヘッド１０のガイド部１４を穴に挿入して接触子１２、１２を所定の測定点深さに位置付ける。この時接触子１２、１２が穴の内周面で内側に変位させられ、この変位量がシーソー部材の他端側で変位検出器１３、１３で検出される。

この状態で測定ヘッド１０を穴の中心線ＣＬを中心に１回転させると、各回転角に応じた変位量が変位検出器１３、１３で検出される。また、測定データ修正手段は指向性の強い角度の変位量データを削除するか、あるいはメモリーチップに予め記憶された補正値で検出データを修正する。

測定ヘッド１０に設けられたデーター転送手段２３から転送された測定ヘッド本体１１の自転角度データ、測定点深さデータ、穴の内径計測データと測定ヘッド１０の指向性修正データは、管制部５０のデーター処理装置５１で受信され、測定した穴の断面形状が演算され、プリンタ５２でプリントアウトされる。

図２は、穴の断面形状の測定例を表わすプリントアウト図である。このように、測定角度位置に応じた内径値からが容易に断面輪郭形状が把握でき、断面の真円度を判断することができる。

ワークに形成された穴の立体的な輪郭形状を測定する場合は、複数の測定点深さ位置で前述の断面輪郭形状を測定すればよい。図３は、測定点深さ位置３箇所で断面輪郭形状を測定した時のプリントアウト図である。

図３に示すように、ワークに形成された穴の立体的な輪郭形状が把握でき、円筒度等の三次元的な輪郭形状評価を行うことができる。

図４は、軸の外径測定用の測定ヘッドを表わしている。測定ヘッド１１０は、前述の穴の内径測定用の測定ヘッド１０同様、測定ヘッド本体１１１、軸の外径を測定する寸法測定手段１１０Ａ、測定ヘッド１１０の自転角度を検出する角度検出手段である角速度センサ１１５、測定位置検出手段１１０Ｂ、測定データ修正手段１１８、表示手段であるディスプレイ１２２、データー転送手段１２３等から構成されている。

これらの各構成要素は、前述の穴の内径測定用の測定ヘッド１０の各構成要素と全く同等かあるいは近似であって、作用も同等か近似であるので詳細説明は省略する。図４ではワークＷの凹部内に形成された軸の外径を測定する状態を表わしている。

このような測定し難い部位に形成された軸に対しても、断面の輪郭形状や軸の立体的な輪郭形状が把握でき、円筒度等の三次元的な輪郭形状評価を行うことができる。

なお、前述の実施形態では、測定子に接触子１２を用いた接触式の測定ヘッド１０、１１０であったが、本発明はこれに限らず、光学式や空気式の非接触で穴や軸の寸法を測定する測定ヘッド１０、１１０であってもよい。

また、穴の内径や軸の外径の測定に限らず、穴の内周面や軸の外周面の粗さ測定を行う測定ヘッドにも本発明を適用することができる。

また、前述の実施形態では、データー転送手段２３、１２３は無線によるデータ転送であったが、本発明は無線に限定されるものではなく、測定ヘッド１０、１１０の自転１回転に支障をきたさない十分な長さを有するケーブルで外部にデータを転送してもよい。

本発明の実施の形態に係る測定ヘッドを表わす正面図穴の断面の輪郭形状を表わすプリント出力図穴の立体的な輪郭形状を表わすプリント出力図別の実施形態の測定ヘッドを表わす正面図

符号の説明

１０、１１０…測定ヘッド、１０Ａ、１１０Ａ…寸法測定手段、１０Ｂ、１１０Ｂ…測定位置検出手段、１１、１１１…測定ヘッド本体、１２、１１２…接触子（測定子）、１３、１１３…変位検出器、１４…ガイド部、１５、１１５…角速度センサ（角度検出手段）、１６、１１６…可動部材、１８、１１８…測定データ修正手段、１９、１１９…クランパ、２０、１２０…バネ（付勢部材）、２１、１２１…デジタルスケール、２２、１２２…ディスプレイ（表示手段）、２３、１２３…データー転送手段、５０…管制部、ＣＬ…中心線、Ｗ…ワーク

Claims

穴の内側の寸法又は軸の外側の寸法を測定するために用いられる測定ヘッドにおいて、前記寸法を測定する寸法測定手段と、
前記測定ヘッドが前記穴又は軸の中心線を中心として自転した時の、前記測定ヘッドの自転角度を検出する角度検出手段と、が設けられていることを特徴とする測定ヘッド。
検出された前記測定ヘッドの自転角度を基に、前記測定ヘッドの姿勢に起因する前記寸法の測定値の指向性誤差を補正するか、又は前記指向性誤差の大きな測定値を削除する測定データ修正手段が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の測定ヘッド。
前記穴又は軸の端面から測定点までの距離を検出する測定位置検出手段が設けられていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の測定ヘッド。
前記寸法の測定値と前記測定ヘッドの自転角度の少なくともいずれかを表示する表示手段を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の測定ヘッド。
前記寸法の測定値、前記測定ヘッドの自転角度、及び前記測定位置のデータのうち少なくともいずれか１つを表示する表示手段を有することを特徴とする、請求項３に記載の測定ヘッド。
前記寸法の測定値、及び前記測定ヘッドの自転角度を外部に転送するデータ転送手段を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の測定ヘッド。
前記寸法の測定値、前記測定ヘッドの自転角度、及び前記測定位置のデータを外部に転送するデータ転送手段を有することを特徴とする、請求項３又は請求項５に記載の測定ヘッド。
前記寸法の測定値、前記測定ヘッドの自転角度、及び前記測定位置のデータのうち少なくともいずれか１つを無線で外部に転送するデータ転送手段を有することを特徴とする、請求項３又は請求項５に記載の測定ヘッド。