JP2008039512A

JP2008039512A - 寸法計測装置

Info

Publication number: JP2008039512A
Application number: JP2006212217A
Authority: JP
Inventors: Seiya Watanabe; 誠也渡辺
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】例えば円錐面を含む穴の深さ位置を計測する寸法計測装置において、被測定穴の軸線と計測装置側の接触ステムの軸線の整列を確実に実施すること。
【解決手段】寸法計測装置は、スピンドル５１を具備する直線寸法測定器５０と、被測定物１０に接する球状の先端部６４を有する接触ステム６０と、接触ステム６０を支持するステム保持装置７０と、直線寸法測定器５０とステム保持装置７０とを往復移動させる駆動部９０と、を具備し、ステム保持装置７０は、接触ステム６０を測定軸線Ａｘ方向に移動可能に支持する軸受部材７１と、接触ステム６０と軸受部材７１とを互いに反対方向に付勢する付勢手段７５と、軸受部材７１の一端面７２ａに平行に対向するスラスト支持平面７８ａを有するスラスト支持部材７６と、スラスト支持平面７８ａと軸受部材の一端面７２ａとの間に配設された複数の球体８０と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定部材に形成された凹状の例えば円錐面を含む穴の深さ位置を計測する寸法計測装置に関するものである。

凹状の円錐面を含む穴の深さ位置を測定する寸法計測装置で刊行物により開示されたものはないが、出願人が知っている先行技術による寸法計測装置としては図５に示されるものがある。この寸法計測装置１００は、測定軸線Ａｘに沿って直線運動をするスピンドル１５１を具備する直線寸法測定器１５０と、被測定物１１０に接する球状の先端部１６４と前記直線寸法測定器１５０のスピンドル１５１の先端部１５２に接する基端部１６３とを有する接触ステム１６０と、接触ステム１６０を測定軸線Ａｘの方向及び該軸線に直交する方向の二方向で移動可能に支持するステム保持装置１７０と、直線寸法測定器１５０と前記ステム保持装置１７０とを支持すると共に測定軸線Ａｘに沿ってフレーム１２０に対して往復移動させる駆動部１９０と、を具備し、ステム保持装置１７０は、接触ステム１６０を前記測定軸線Ａｘ方向に移動可能に支持する軸受部材１７１にして、測定軸線Ａｘに垂直で平坦な一端面を有する軸受部材１７１と、軸受部材１７１の一端面に平行なスラスト支持平面１７８ａを有し、前記駆動部１９０に固定されたスラスト支持部材１７６と、を具備している。

円錐状の穴に接触ステムの球状の先端部を押付けて穴の深さ位置を計測する場合、穴と接触ステムの軸心が一致していることが正確な測定の条件として必要である。この従来の寸法計測装置１００では、軸受部材１７１がスラスト支持平面１７８ａに対して摺動することが可能な構造になっているので、軸心の不一致に起因して接触ステムの先端部１６４に片方向の水平方向力が作用したとき、接触ステム１６０の軸心は、それが穴の軸心に一致するまで水平方向に移動する。したがって、この寸法計測装置１００は測定軸線の自動調芯機能を有しているともいえる。

しかしながら、前述した従来のタイプの寸法計測装置１００では、接触ステム１６０の傾きを防止するために軸受部材１７１の端面とスラスト支持平面１７８ａとの接触面積を大きくしていたために摩擦抵抗が大きく、軸受部材１７１が水平方向にスムースに移動せずに接触ステムの先端部１６４が円錐穴１１３の斜面の途中に停止して、穴と接触ステム１６０の軸心が整列しないまま計測して不正確な計測を行うという問題があった。この問題は、特に円錐穴１１３の頂角が鈍角で斜面の傾斜が緩やかで、接触ステムの先端部１６４に作用する水平方向の力が小さい場合、及び軸受部材１７１とスラスト支持平面１７８ａの面粗さが粗い場合に顕著であった。また、軸受部材１７１の軸受穴と接触ステム１６０の径との間のクリアランスにより接触ステム１６０が傾いて、穴の軸線と接触ステムの軸線が整列しないこともあった。

本発明は、前述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、例えば円錐面のような傾斜面を有する穴の深さ位置を計測する寸法計測装置において、被測定穴の軸線と計測装置側の接触ステムの軸線の整列を確実に実施することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、一つの測定軸線（Ａｘ）に沿う被測定物（１０）の位置を計測する計測装置が、該計測装置のフレーム（２０）と、測定軸線（Ａｘ）に沿って直線運動をするスピンドル（５１）を具備する直線寸法測定器（５０）と、被測定物（１０）に接する球状の先端部（６４）と直線寸法測定器（５０）のスピンドル（５１）の先端部（５２）に接する基端部（６３）とを有する接触ステム（６０）と、接触ステム（６０）を測定軸線（Ａｘ）の方向及び該軸線に直交する方向の二方向で移動可能に支持するステム保持装置（７０）と、直線寸法測定器（５０）とステム保持装置（７０）とを支持すると共に測定軸線（Ａｘ）に沿ってフレーム（２０）に対して往復移動させる駆動部（９０）と、を具備し、ステム保持装置（７０）は、接触ステム（６０）を測定軸線（Ａｘ）方向に移動可能に支持する軸受部材（７１）にして、測定軸線（Ａｘ）に垂直で平坦な一端面（７２ａ）を有する軸受部材（７１）と、接触ステム（６０）と軸受部材（７１）とを測定軸線（Ａｘ）に沿って互いに反対方向に付勢する付勢手段（７５）と、接触ステム（６０）が挿通するステム挿通穴（７９）が形成され、軸受部材（７１）の一端面（７２ａ）に平行に対向するスラスト支持平面（７８ａ）を有し、駆動部（９０）に固定されたスラスト支持部材（７６）と、スラスト支持平面（７８ａ）と軸受部材（７１）の一端面（７２ａ）との間に配設された複数の球体（８０）と、を具備し、軸受部材（７１）が球体（８０）の転動により測定軸線（Ａｘ）に垂直な方向に移動することを特徴としている。

これにより、軸受部材とスラスト支持平面との間の摩擦がころがり摩擦になるので、わずかな横方向の力によっても軸受部材及び接触ステムは測定軸線に垂直な方向に移動し、その結果被測定物に形成された例えば円錐状の穴の位置を計測する場合、穴と接触ステムの中心軸線が確実に整列する。また接触ステムは付勢手段によって付勢されるので軸受部材の軸受穴との間のクリアランスの影響を受けずに直立し、測定誤差を減少させることができる。

請求項２に記載の発明では、付勢手段（７５）が、軸受部材（７１）と接触ステム（６０）との間に配設された圧縮コイルスプリング（７５）であり、接触ステム（６０）の基端部（６３）が拡径されることにより肩部（６３ａ）が形成され、圧縮コイルスプリング（７５）により接触ステム（６０）に作用する力が、スラスト支持部材（７６）のスラスト支持平面（７８ａ）と反対側の面（７８ｂ）におけるステム挿通穴（７９）の周囲に肩部（６３ａ）が当接することにより支持されることを特徴としている。

これにより、接触ステムがその中心軸線に関して対称にバランスよく付勢力を加えられると共に支持されることとなるので、接触ステムの直立性がさらに高められる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

次に添付の各図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。図１は、計測準備の整った本発明の実施例の寸法計測装置及び被測定物１０を示す、一部が断面にされた正面図である。この寸法計測装置は、被測定物１０に形成されたセンタ穴１３の、鉛直方向の測定軸線Ａｘに沿う位置を計測するためのものである。

被測定物１０は小径円筒部１１の上端に大径のフランジ部１２が結合された段付き円筒形状を有しており、小径円筒部１１の下端面に測定をすべきセンタ穴１３が小径円筒部１１の中心軸線に沿って形成されている。なお、図１に示すセンタ穴１３は、１２０度の頂角の円錐面を有している。被測定物１０は、寸法計測装置のフレーム２０に固定された部品保持部３０に設けられた保持穴３１に小径円筒部１１が嵌合挿入されて、フランジ部１２の下面が部品保持部の上面３２に載置されて、小径円筒部１１の中心軸線が測定軸線Ａｘにほぼ整列される。また被測定物１０の上方にはストッパ４０が設けられており、測定準備段階においては図１で示されるように、被測定物１０の上端面とストッパ４０の下端面との間に間隙Ｃが生じるようになっている。本実施例では、ストッパ４０の下端面が上下方向つまり測定軸線Ａｘ方向の基準面となっているので、被測定物１０は測定段階では、後述するようにその上端面をストッパ４０の下端面に押付けられる。

本実施例の寸法計測装置の主要な構成要素は、ベースとなるフレーム２０と、直線寸法測定器５０と、接触ステム６０と、ステム保持装置７０と、駆動部９０とである。フレーム２０は、Ｌ字形をしており、基礎面に固定される水平の底部２１と駆動部９０及び部品保持部３０を取り付ける直立部２２とからなるものである。

前記直線寸法測定器５０は、測定軸線Ａｘに沿って直線運動をするスピンドル５１を具備し、スピンドル５１の変位量を電気的に出力する所謂リニアゲージである。直線寸法測定器５０はその本体部５３が測定器ブラケット５４によって、駆動部の移動テーブル９３に連結固定されている。なお、直線寸法測定器５０は、変位量を機械的に示すダイヤルゲージであってもよい。

接触ステム６０は、その拡大図である図２に示されるように、全長の大部分を占める小径の軸部６１と、該軸部６１の中間部に備えられた大径の鍔部６２と、前記軸部６１より拡径された基端部６３とを有している。軸部６１の先端部６４は球状に形成されて、測定時に被測定物のセンタ穴１３の円錐面に当接し、基端部６３の端面は平坦に形成されて、直線寸法測定器のスピンドル５１の先端部５２に接する。なお、本実施例の接触ステム６０では、軸部６１と基端部６３は一体に形成されているが、大径の鍔部６２は、中心にねじ穴（不図示）を有する円板として別体で形成され、後述するスラスト支持部材のステム挿入穴に軸部６１を挿入した後、前記ねじ穴を軸部６１に形成されたねじ部（不図示）に螺合されて軸部６１に固定されている。

駆動部９０は、直線寸法測定器５０とステム保持装置７０とを支持すると共に、それらを前記測定軸線Ａｘに沿って前記フレーム２０に対して往復移動させるものである。駆動部９０は、ありほぞ状のガイド（不図示）が形成され、フレームの直立部２２に固定されたガイドレール９１と、前記ガイドレール９１に嵌合して測定軸線Ａｘ方向に摺動するあり溝状のガイド溝（不図示）が形成されたガイド溝部材９２と、前記ガイド溝部材９２に固定された移動テーブル９３と、該移動テーブル９３を測定軸線Ａｘ方向に往復駆動する空圧シリンダ９４とを備えている。空圧シリンダ９４は、Ｌ字形のシリンダ取付ブラケット９５によってフレームの直立部２２に固定されている。

前記ステム保持装置７０は、接触ステム６０を測定軸線Ａｘの方向及びこれに直交する方向の二方向で移動可能に支持するもので、軸受部材７１と、付勢手段７５と、スラスト支持部材７６と、複数の球体８０とを具備している。以下に、ステム保持装置７０を拡大して示す図３を参照してより詳細に説明する。

軸受部材７１は、その下端部に拡径されたフランジ部７２を有する段付き円筒状に形成されており、その中心軸線Ａ１に沿って貫通する軸受穴７３を有している。接触ステム６０はこの軸受穴７３に嵌合挿入されて測定軸線Ａｘ方向に移動可能に支持される。なお、本実施例の軸受穴７３には摺動抵抗を低減するためにガイドボール７４が備えられているが、ガイドボール７４のない軸受穴であってもよい。また、前記フランジ部７２の端面７２ａは、軸受穴７３の中心軸線Ａ１に垂直な平坦面として形成されている。

前記付勢手段７５は、接触ステム６０を被測定物１０に押付けるために、接触ステム６０と前記軸受部材７１とを前記測定軸線Ａｘに沿って互いに反対方向に付勢する。該付勢手段７５は本実施例では圧縮コイルスプリング７５であって、軸受部材７１の外側に挿入され、該スプリング７５の上端が接触ステム６０の大径の鍔部６２に下側から当接し、下端が軸受部材のフランジ部７２に上側から当接する。なお、付勢手段７５に例えば皿ばねを用いることも軸受部材及び／又は接触ステムの若干の形状変更によって可能になる。

前記スラスト支持部材７６は、略Ｌ字形状を有しており、その鉛直部分７７が駆動部の移動テーブル９３に固定され、水平部分７８には接触ステム６０が挿通するステム挿通穴７９が形成されている。スラスト支持部材の水平部分７８の上面はスラスト支持平面７８ａと呼称され、該スラスト支持平面７８ａは軸受部材のフランジ部の端面７２ａに平行な平坦面として形成されている。また、スラスト支持平面７８ａ側に、球体８０の落下防止及び軸受部材７１の脱落防止のための、断面がＬ字型で全体としてリング状に形成されたストッパ部材８１が図示しないねじによって結合されている。前記複数の球体８０が、スラスト支持平面と軸受部材のフランジ部７２の端面７２ａとの間に配設され、これにより、軸受部材７１は前記球体８０の転動により測定軸線Ａｘに垂直な方向に移動することが可能となる。

また接触ステム６０は、組立時に、前述したようにスラスト支持部材７６のステム挿通穴７９に下側から挿入され、さらに軸受部材の軸受穴７３に嵌合挿入されたあと、先端部６４側から鍔部６２が螺合される。接触ステム６０は、その鍔部６２が圧縮コイルスプリングによって上方へ付勢されるが、接触ステム６０の拡径された基端部６３の肩部６３ａがスラスト支持部材のスラスト支持平面７８ａとは反対側の面７８ｂにおけるステム挿通穴７９の周囲に当接するので上方へ抜け出ることがない。このように構成されているので、接触ステム６０は、軸受部材の軸受穴７３との間のクリアランスの影響を受けて傾くことなく、鍔部６２に作用する上向きの力によって測定軸線Ａｘに沿って直立する。

次に、本実施例の寸法計測装置を用いてどのように寸法計測をするかについて説明する。本実施例における、寸法計測は被測定物のセンタ穴１３の測定軸線Ａｘ方向の位置を求めることである。前記位置は、駆動部の移動テーブル９３を所定のストロークＳだけ上方へ移動させたときの直線寸法測定器５０が指示する変位量δを基準値と比較することにより求められる。図４は、移動テーブル９３が所定のストロークＳだけ上方へ移動した状態を示しており、このとき直線寸法測定器のスピンドル５１は前記変位量δだけ下方へ押され、また被測定物の上端面はストッパ４０に当接して、間隙Ｃが部品保持部の上面３２と被測定物のフランジ部１２の下面との間に生じている。

より詳述すると、前記変位量δは、移動テーブル９３が上方へ移動して、接触ステムの先端部６４が被測定物のセンタ穴１３に当接し、さらに被測定物１０の上端面がストッパ４０の下端面にちょうど当接したときから直線寸法測定器のスピンドル５１は押されるので、そのときから移動テーブル９３が所定のストロークＳの上死点まで移動する距離に等しい。なお、被測定物１０とストッパ４０との間に間隙Ｃがある状態で、接触ステム６０が上方へ移動して被測定物１０を押し上げても、本実施例では被測定物１０の重量によって直線寸法測定器のスピンドル５１が押されることはない。これは圧縮コイルスプリングの付勢力が被測定物１０の重量より十分に大きいためである。

また、接触ステムの先端部６４が被測定物のセンタ穴１３に接触するとき、接触ステムの中心軸線と前記センタ穴１３の中心軸線がずれていた場合は、接触ステムの先端部６４に水平方向の力が作用するので、接触ステム６０を保持する軸受部材７１が球体８０の転動によって前記二つの軸線が整列するまで水平方向に移動する。

計測準備の整った状態の本発明の実施例の寸法計測装置の正面図である。前記寸法計測装置の接触ステムの正面図である。前記寸法計測装置のステム保持装置の縦断面図である。前記寸法計測装置の移動テーブルが所定のストロークだけ上方へ移動した状態を示す前記寸法計測装置の正面図である。計測準備の整った状態の従来技術の寸法計測装置の正面図である。

符号の説明

１０被測定物
１３センタ穴
５０直線寸法測定器
５１スピンドル
６０接触ステム
６４先端部
７０ステム保持装置
７１軸受部材
７５付勢手段
８０球体
９０駆動部

Claims

一つの測定軸線（Ａｘ）に沿う被測定物（１０）の位置を計測する計測装置であって、
該計測装置のフレーム（２０）と、
前記測定軸線（Ａｘ）に沿って直線運動をするスピンドル（５１）を具備する直線寸法測定器（５０）と、
被測定物（１０）に接する球状の先端部（６４）と前記直線寸法測定器（５０）のスピンドル（５１）の先端部（５２）に接する基端部（６３）とを有する接触ステム（６０）と、
前記接触ステム（６０）を前記測定軸線（Ａｘ）の方向及び該軸線に直交する方向の二方向で移動可能に支持するステム保持装置（７０）と、
前記直線寸法測定器（５０）と前記ステム保持装置（７０）とを支持すると共に前記測定軸線（Ａｘ）に沿って前記フレーム（２０）に対して往復移動させる駆動部（９０）と、を具備し、
前記ステム保持装置（７０）は、
前記接触ステム（６０）を前記測定軸線（Ａｘ）方向に移動可能に支持する軸受部材（７１）にして、前記測定軸線（Ａｘ）に垂直で平坦な一端面（７２ａ）を有する軸受部材（７１）と、
前記接触ステム（６０）と前記軸受部材（７１）とを前記測定軸線（Ａｘ）に沿って互いに反対方向に付勢する付勢手段（７５）と、
前記接触ステム（６０）が挿通するステム挿通穴（７９）が形成され、前記軸受部材（７１）の一端面（７２ａ）に平行に対向するスラスト支持平面（７８ａ）を有し、前記駆動部（９０）に固定されたスラスト支持部材（７６）と、
前記スラスト支持平面（７８ａ）と前記軸受部材（７１）の前記一端面（７２ａ）との間に配設された複数の球体（８０）と、を具備し、
前記軸受部材（７１）が前記球体（８０）の転動により前記測定軸線（Ａｘ）に垂直な方向に移動することを特徴とする、寸法計測装置。
前記付勢手段（７５）が、前記軸受部材（７１）と前記接触ステム（６０）との間に配設された圧縮コイルスプリング（７５）であり、前記接触ステム（６０）の前記基端部（６３）が拡径されることにより肩部（６３ａ）が形成され、前記圧縮コイルスプリング（７５）により前記接触ステム（６０）に作用する力が、前記スラスト支持部材（７６）のスラスト支持平面（７８ａ）と反対側の面（７８ｂ）におけるステム挿通穴（７９）の周囲に前記肩部（６３ａ）が当接することにより支持されることを特徴とする、請求項１に記載の寸法計測装置。