JP2008180534A - 円筒ワーク内面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡単な制御機構を用いるだけで、ボアの内径の変化に対応させることができる円筒ワーク内面検査装置を提供することを課題とする。
【解決手段】筒状の支持体２９と、この支持体に基部が支持され支持体から延びていて途中が支持体の中心軸から離れるように曲げられている傾斜部３２とされ先端に円筒ワークの内面を検査するセンサー２４、２４、２４が設けられ弾性変形可能な複数個の撓み部材２３、２３、２３と、これらの撓み部材２３、２３、２３の外側に且つ支持体の中心軸に平行に移動可能に配置され傾斜部３２に接触することで撓み部材２３の先端を前記支持体の中心軸側へ撓ませる撓ませ機構２０を用いた。撓み部材２３を撓ませ機構２０で支持体２９の中心線に向かって撓ませることで、円筒ワークの内径の変化に対応させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、円筒ワークの内面を検査する円筒ワーク内面検査装置の改良に関する。

エンジンのシリンダは、内面が粗いとピストンリングの摩耗が激しくなる。そこで、シリンダの内面の粗さを検査し、得られた粗さが所定の基準を満たしているか否かを調べることが必要となる。

上記の要求に応える装置として、シリンダブロックのボアの粗残り検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−３４６３２０号公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９は従来の技術の基本構成を説明する図であり、（ａ）に示すように、シリンダブロックのボアの粗残り検査装置１００は、光学ユニット１０１と撮像器１０２と画像処理装置１０３とで構成され、光学ユニット１０１に内蔵されているレーザダイオード１０４で発生したレーザビーム１０５をボアの内面１０６に当て、反射ビーム１０７を撮像器１０２に入力し、画像処理装置１０３で画像処理し、画像の画素数の大小からボアの内面１０６の粗さの良否を判定する検査装置である。

検査対象物であるボアの内面１０６は、直径がＤの縦長の円周面である。このような円周面を検査するために、光学ユニット１０１は回転させながら上から下へ移動させる。（ｂ）に示すように、光学ユニット１０１が回転しながら、下限位置に達した時点で、検査は終了する。

ところで、シリンダブロックはエンジンの排気量に応じて、様々な径のシリンダボアが開けられている。近年の混流生産方式によれば、大小のシリンダブロックが混合した形態で検査ラインを流れる。
従来は、（ａ）に示した径Ｄが異なる複数個の光学ユニット１０１を準備し、検査対象のボアの径に対応する光学ユニット１０１で当該ボアの内面を検査するようにしている。
光学ユニット１０１の交換が面倒であり、検査工数の増加を招いている。

光学ユニット１０１に内蔵されているミラー１０８、１０９の角度を変更することで、径Ｄの変化に対応させることは可能である。しかし、ミラー１０８、１０９と高精度で角度制御しなければならず、複雑な制御機構を内蔵すると、光学ユニット１０１が高価になり、且つ重くなるという問題が起こる。
複雑な制御機構を用いないで、径Ｄの変化に対応できる円筒ワーク内面検査装置が望まれる。

本発明は、簡単な制御機構を用いるだけで、ボアの内径の変化に対応させることができる円筒ワーク内面検査装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、円筒ワークの内面を検査する円筒ワーク内面検査装置において、この円筒ワーク内面検査装置は、筒状の支持体と、この支持体に基部が支持され支持体から延びていて途中が前記支持体の中心軸から離れるように曲げられている傾斜部とされ先端に前記円筒ワークの内面を検査するセンサーが設けられ弾性変形可能な複数個の撓み部材と、これらの撓み部材の外側に且つ前記支持体の中心軸に平行に移動可能に配置され前記傾斜部に接触することで撓み部材の先端を前記支持体の中心軸側へ撓ませる撓ませ機構と、前記撓み部材の先端が必要以上に前記支持体の中心軸側へ撓むこと防止するために前記撓み部材の先端で把持させるリング部材とを備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、筒状の支持体から複数個の撓み部材を延ばし、これらの撓み部材の先端にセンサーを設け、このような撓み部材を撓ませ機構で支持体の中心線に向かって撓ませることで、円筒ワークの内径の変化に対応させる。撓ませ機構は、撓み部材中の傾斜部に接触して撓み部材を押し出すだけの機構であればよく、簡単な制御機構で済ませることができる。

ところで、撓ませ機構で片持ち梁状の撓み部材を撓ませると、センサーの軸が円筒ワークの内面に直角にならなくなる。そこで、撓み部材の先端にリング部材を噛ませることで、撓み部材の不都合な倒れを是正し、任意の円筒ワークの内径に設定できるようにした。また、センサーはある程度傾きを許容するが、その傾きを極力抑えることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は、本発明に係る円筒ワーク内面検査装置の正面図であり、円筒ワーク内面検査装置１０は、ロボットアームに接続されるロボット接続フランジ１１と、このロボット接続フランジ１１に一体形成されている上部筒体１２と、この上部筒体１２の上部フランジ１３に縦向きに取付けられているセンサー旋回用モータ１４と、このセンサー旋回用モータ１４により駆動ギヤ１５及び従動ギヤ１６を介して回されるとともに上部筒体１２の中心を上下に貫通し且つ上部筒体１２で支持されている回転軸１７と、この回転軸１７の上端に設けられている信号処理部１８と、回転軸１７とともに回される下部筒体１９と、この下部筒体１９を支えるために、上部筒体１２の下部フランジ２１に縦向きに取付けられているセンサー昇降機構２２と、下部筒体１９の下端から下へ延びている複数個の撓み部材２３、２３、２３と、これらの撓み部材２３、２３、２３の先端（図では下端）近傍に取付けられているセンサー２４、２４、２４と、撓み部材２３、２３、２３で把持されるリング部材２５とを主たる構成要素とした装置である。

図２は図１の２−２線断面図であり、回転軸１７は、複数の信号線（例えば光ファイバー２６、２６、２６）を通すことができる中空軸であり、従動ギヤ１６で回される。この従動ギヤ１６は駆動ギヤ１５で回すことができる。

図３は図１の３−３線断面図であり、上部筒体１２に軸受２７を介して中空の回転軸１７が支持され、この回転軸１７の下端にフランジ２８、２８を介して筒状の支持体２９が吊り下げられ、この筒状の支持体２９の上端内面にビス３１、３１で板ばね状の撓み部材２３が固定されている。これらの撓み部材２３、２３は縦長の筒状の支持体２９の内面に沿って下降し、支持体２９から下へ突出した部分が図面左右方向へ折り曲げられて傾斜部３２とされ、これらの傾斜部３２から下位の部分にセンサー２４、２４が設けられている。

さらに、筒状の支持体２９を囲うように下部筒体１９が配置され、この下部筒体１９は、軸受３３、鍔状ブラケット３４及び雌雄ソケット３５により、センサー昇降機構２２の昇降軸３６に連結されている。センサー昇降機構２２は通常のブレーキ付きシリンダや、位置精度がよいサーボモータを内蔵した電動シリンダや、サーボ制御が可能の油圧サーボシリンダが好適である。
３７，３８は雌雄ソケット３５の空転を防止する緩み止めナットである。

下部筒体１９の下端には、回転自在なコロ３９、３９が設けられていて、これらのコロ３９、３９が撓み部材２３、２３の傾斜部３２、３２に接触して、撓み部材２３、２３を強制的に撓ませる。
すなわち、撓み部材２３、２３を強制的に撓ませる、撓ませ機構２０は、コロ３９、３９と下部筒体１９と鍔状ブラケット３４とセンサー昇降機構２２とで構成される。

以上に述べた構成要素のうちで、回転軸１７、筒状の支持体２９、撓み部材２３、２３、及び下部筒体１９は回転部材である。一方、上部筒体１２、下部フランジ２１、センサー昇降機構２２、昇降軸３６、雌雄ソケット３５及び鍔状ブラケット３４は、非回転部材である。

すなわち、鍔状ブラケット３４はセンサー昇降機構２２により上下にだけ移動する。このような鍔状ブラケット３４により、下部筒体１９は回転しながら上下に移動する。同時に、コロ３９、３９も上下に移動する。

図４は本発明で採用した、撓み部材とコロの相互関係を説明する図であり、（ａ）に示すように、撓み部材２３は上端が支持体２９に固定され、他の部分が拘束されていない、片持ち梁である。そして、傾斜部３２の上位に、コロ３９があるときに支持体の中心軸４１からセンサー２４の先端までの距離Ｒ１は最大である。逆に、（ｂ）に示すように、傾斜部３２の下位に、コロ３９があるときには支持体の中心軸４１からセンサー２４の先端までの距離Ｒ２は最小になる。撓み部材２３は、ばね鋼のように弾性体で構成されるため、コロ３９を傾斜部３２の任意の箇所に臨ませることで、支持体の中心軸４１からセンサー２４の先端までの距離は、Ｒ２とＲ１の範囲から任意に選択することができる。

以上の構成からなる円筒ワーク内面検査装置の作用を次に説明する。
図５は本発明の撓み部材の作用説明図であり、（ａ）に示すように、大径のリング部材２５Ｌ（Ｌは大を意味する添え字。以下同様）を、撓み部材２３の先端（下端）の内側に臨ませ、傾斜部３２に沿ってコロ３９を下降させると、撓み部材２３は図左へ撓み、リング部材２５Ｌに当たる。
傾斜部の始点４２とコロ３９の間隔が、距離Ｌ１のときに、センサーの軸４３が想像線で示すとともに内径がＤ１である円筒ワークの内面４４にほぼ直角であった。すなわち、θ１≒９０°。

次に、大径のリング部材２５Ｌを、（ｂ）に示すように、小径のリング部材２５Ｓ（Ｓは小を意味する添え字。以下同様）に交換する。そして、コロ３９を下げると、撓み部材２３が図左へ大きく撓む。小径のリング部材２５Ｓに当たる前では、撓み部材２３が図面時計方向に曲がるため、センサーの軸４３と円筒ワークの内面４５とのなす角度は約９０°にならない。しかし、小径のリング部材２５Ｓに当たると、撓み部材２３の先端の曲がりが是正される。
すなわち、傾斜部の始点４２とコロ３９の間隔が、距離Ｌ２のときに、センサーの軸４３が想像線で示すとともに内径がＤ２である円筒ワークの内面４５にほぼ直角となった。すなわち、θ２≒９０°。

次に、本発明に係る円筒ワーク内面検査方法を説明する。
図６は、本発明に係る円筒ワーク内面検査を用いて行う検査フロー図である。
ステップ（以下ＳＴと略記する。）０１で、コロを待機位置へ戻す。具体的には図５の始点４２近傍へ移動する。
ロボットアームを操作して、所定の径のリング部材に撓み部材の先端を臨ませる（ＳＴ０２）。
コロを撓み部材に沿って下降させ、リング部材を撓み部材で押し付ける（ＳＴ０３）。

検査装置を、検査対象物である円筒ワークへ移動する（ＳＴ０４）。
検査装置は昇降はロボットアームで行い、センサーの旋回は検査装置自体で行うことで、円筒ワークの内面の検査を実施する（ＳＴ０５）。
検査が終わったら、ロボットアームにより、検査装置をリング置き場まで移動する（ＳＴ０６）。
コロを待機位置へ戻すことで、把持していたリング部材をリング置き場へ返却する（ＳＴ０７）。

ところで、図５（ｂ）においてコロ３９を下へ移動すると、リング部材２５に接触していたとしても傾斜部３２より下位の部分では撓み部材２３は、反時計方向へ曲がり、θ２は９０°未満になることが考えられる。また、コロ３９を上へ移動してもθ２は９０°から外れることが考えられる。
そこで、リング部材２５Ｌ、２５Ｓ毎に適正な距離Ｌ１やＬ２を実験的に決める。そして、図７に示すようなリング径とコロの位置との相関グラフを作成し、この相関グラフに基づいて、円筒ワークの内径に対応するコロの位置を決めるようにすることが推奨できる。

図８は図６の別実施例フロー図であり、ＳＴ１１で、コロを待機位置へ戻す。具体的には図５の始点４２近傍へ移動する。
ロボットアームを操作して、所定の径のリング部材に撓み部材の先端を臨ませる（ＳＴ１２）。
コロの位置を制御する（ＳＴ１３）。具体的には、図６のグラフに基づいてコロの位置を制御する。

検査装置を、検査対象物である円筒ワークへ移動する（ＳＴ１４）。
検査装置は昇降はロボットアームで行い、センサーの旋回は検査装置自体で行うことで、円筒ワークの内面の検査を実施する（ＳＴ１５）。
検査が終わったら、ロボットアームにより、検査装置をリング置き場まで移動する（ＳＴ１６）。
コロを待機位置へ戻すことで、把持していたリング部材をリング置き場へ返却する（ＳＴ１７）。

なお、コロは回転自在の小径ローラが望ましいが、回転しない摺り板であってもよい。
また、円筒ワークは、シリンダ一体型シリンダブロックのシリンダの他、分離型シリンダブロックのシリンダ、内面研削盤で加工するシリンダであれば種類は問わない。

本発明の円筒ワーク内面検査装置は、シリンダブロックのシリンダの内面検査に好適である。

本発明に係る円筒ワーク内面検査装置の正面図である。 図１の２−２線断面図である。 図１の３−３線断面図である。 本発明で採用した、撓み部材とコロの相互関係を説明する図である。 本発明の撓み部材の作用説明図である。 本発明に係る円筒ワーク内面検査を用いて行う検査フロー図である。 リング径とコロの位置との相関グラフである。 図６の別実施例フロー図である。 従来の技術の基本構成を示す図である。

符号の説明

１０…円筒ワーク内面検査装置、１２…上部筒体、１４…センサー旋回用モータ、１５…駆動ギヤ、１６…従動ギヤ、１７…回転軸、１８…信号処理部、１９…下部筒体、２０…撓ませ機構、２２…センサー昇降機構、２３…撓み部材、２４…センサー、２５…リング部材、２９…筒状の支持体、３２…傾斜部、４１…支持体の中心軸、４４…円筒ワークの内面、４５…円筒ワークの内面。

Claims (1)

1. 円筒ワークの内面を検査する円筒ワーク内面検査装置において、
   この円筒ワーク内面検査装置は、筒状の支持体と、この支持体に基部が支持され支持体から延びていて途中が前記支持体の中心軸から離れるように曲げられている傾斜部とされ先端に前記円筒ワークの内面を検査するセンサーが設けられ弾性変形可能な複数個の撓み部材と、これらの撓み部材の外側に且つ前記支持体の中心軸に平行に移動可能に配置され前記傾斜部に接触することで撓み部材の先端を前記支持体の中心軸側へ撓ませる撓ませ機構と、前記撓み部材の先端が必要以上に前記支持体の中心軸側へ撓むこと防止するために前記撓み部材の先端で把持されるリング部材とを備えることを特徴とする円筒ワーク内面検査装置。

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