JP2008216210A - 外径測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの外径を全周に亘って簡単に検査できる外形測定器を提供すること。
【解決手段】外形測定器１は、略円筒形の回転子１０の外径を測定する。外形測定器１は、回転子１０が載置される受台２０と、回転子１０の中心軸を回転軸として受台２０を回転させる回転装置３０と、レーザ光を射出する第１光射出装置４１と、第１光射出装置４１から射出されるレーザ光を検出する第１光検出装置４２と、レーザ光を射出する第２光射出装置５１と、第２光射出装置５１から射出されるレーザ光を検出する第２光検出装置５２と、を備える。第１光射出装置４１は、射出されるレーザ光の光路が回転子１０の中心軸に平行となるように配置され、回転子１０の半径方向に所定幅でレーザ光を射出する。第２光射出装置５１は、射出されるレーザ光の光路が回転子１０の中心軸に直交するように配置され、回転子１０の半径方向に所定幅でレーザ光を射出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外径測定器に関する。詳しくは、ハイブリッド車に用いられるモータの回転子の外径を測定する外径測定器に関する。

従来より、ハイブリッド車には、モータが用いられる。このようなモータは、例えば、円筒状のモータケースと、このモータケースの内部に回転可能に保持された回転子と、を備える。

回転子は、永久磁石が内蔵された略円柱状のヨークと、このヨークの中心軸を通る棒状のシャフトと、を備える。また、モータケースには、極性を切り替え可能なステータが設けられており、ヨークに内蔵された永久磁石とステータとの磁力による反発力を利用して、回転子を回転させる。

ここで、ヨークは、複数の電磁鋼板を積層して形成されるが、このヨークに永久磁石を固定するため、シャフトに沿って延びる複数の収納部をヨークに設け、この収納部に磁石を挿入して、この収納部と磁石との間隙に熱硬化性の樹脂材を注入する。

しかしながら、ヨークを構成する電磁鋼板の隙間に樹脂がにじんで、外部に漏れるおそれがあった。すると、この漏れた樹脂がモータのステータ側に付着したり、回転子とステータとのクリアランスが一定にならなかったりして、モータの性能を低下させるおそれがある。

そこで、回転子の外径を測定し、測定した外径寸法を管理することで、回転子を検査することが行われている。
例えば、回転子の一端側、中央部、他端側の３箇所について、回転子の外径を測定する方法がある。この場合、回転子の回転軸に直交する方向から、回転子の外周面に対してレーザ光を照射したり、機械式のマグネスケールを当接させたりすることで、回転子の外径を計測する。
また、投光器、受光器、距離計、および演算器を用いて、ワークの外径を測定する方法がある（特許文献１参照）。すなわち、投光器でレーザ光をワークに対して照射し、この照射したレーザ光を受光器で受光する。一方、距離計で受光器からワークまでの距離を測定しておき、この計測した距離と受光した位置とに基づいて、演算器でワークの外径を計算する。
特許第２８６８３８２号公報

しかしながら、回転子の３箇所を測定する方法では、測定しなかった部分を検査できないため、回転子の外周面を全面に亘って測定することはできない、という問題がある。
また、特許文献１に示された方法では、装置の構成が複雑になり、モータの製造コストが上昇する、という問題があった。

本発明は、ワークの外径を全周に亘って簡単に検査できる外形測定器を提供することを目的とする。

本発明の外径測定器は、略円筒形のワークの外径を測定する外形測定器であって、前記ワークが載置される受台と、前記ワークの中心軸を回転軸として当該受台を回転させる回転装置と、レーザ光を射出する第１光射出装置と、当該第１光射出装置から射出されるレーザ光を検出する第１光検出装置と、レーザ光を射出する第２光射出装置と、当該第２光射出装置から射出されるレーザ光を検出する第２光検出装置と、を備え、前記第１光射出装置は、射出されるレーザ光の光路が前記ワークの中心軸に平行となるように配置され、ワークの半径方向に所定幅でレーザ光を射出し、前記第２光射出装置は、射出されるレーザ光の光路が前記ワークの中心軸に直交するように配置され、ワークの半径方向に所定幅でレーザ光を射出することを特徴とする。

この発明によれば、まず、第１光射出装置から射出されるレーザ光がワークの外周面上を通るように、第１光射出装置および第１光検出装置を配置する。次に、第１光射出装置からレーザ光を射出し、このレーザ光を第１光検出装置で検出することで、ワーク外周面の中心軸に沿って延びる領域について、外形寸法の最大値を測定する。次に、この測定した最大値が許容範囲内であるか否かを判定することで、ワーク外周面の中心軸に沿って延びる領域について、異常の有無を検査する。このような作業を回転装置でワークを回転させながら行うことで、ワークの全周に亘って異常の有無を検査でき、よって、ワークの外径を全面に亘って簡単に検査できる。

さらに、第２光射出装置から射出されるレーザ光がワークの外周面上を通るように、第２光射出装置および第２光検出装置を配置して、第２光射出装置からレーザ光を射出し、このレーザ光を第２光検出装置で検出することで、ワークの中心軸に直交する方向に沿って、外径寸法を測定する。この測定値が許容範囲内であるか否かを判定することで、ワーク外周面のうち中心軸方向に直交する方向に沿った部分について、異常の有無を検査できる。
よって、第２光射出装置および第２光検出装置の位置を調整することで、第１光射出装置および第１光検出装置の測定値に基づいて異常が発生したと判断した場合に、第２光射出装置および第２光検出装置の測定値に基づいて、この異常部分の位置をほぼ特定することができる。

この場合、前記第１光射出装置および第１光検出装置の位置を、前記ワークの外周面の接線に沿って調整可能な調整装置をさらに備えることが好ましい。

この発明によれば、第１光射出装置および第１光検出装置の位置を、ワークの外周面の接線に沿って調整可能な調整装置をさらに設けた。よって、第１光射出装置から射出されるレーザ光がワークの外周面上を通るように、第１光射出装置および第１光検出装置を容易に配置できる。

この場合、前記ワークとは外径寸法が異なる校正用ワークを複数備えることが好ましい。

この発明によれば、ワークとは外径寸法が異なる校正用ワークを複数設けたので、校正用ワークを用いて校正用データを取得することで、外径測定器の測定精度を向上できる。

本発明によれば、まず、第１光射出装置から射出されるレーザ光がワークの外周面上を通るように、第１光射出装置および第１光検出装置を配置する。次に、第１光射出装置からレーザ光を射出し、このレーザ光を第１光検出装置で検出することで、ワーク外周面の中心軸に沿って延びる領域について、外形寸法の最大値を測定する。次に、この測定した最大値が許容範囲内であるか否かを判定することで、ワーク外周面の中心軸に沿って延びる領域について、異常の有無を検査する。このような作業を回転装置でワークを回転させながら行うことで、ワークの全周に亘って異常の有無を検査でき、よって、ワークの外径を全面に亘って簡単に検査できる。さらに、第２光射出装置から射出されるレーザ光がワークの外周面上を通るように、第２光射出装置および第２光検出装置を配置して、第２光射出装置からレーザ光を射出し、このレーザ光を第２光検出装置で検出することで、ワークの中心軸に直交する方向に沿って、外径寸法を測定する。この測定値が許容範囲内であるか否かを判定することで、ワーク外周面のうち中心軸方向に直交する方向に沿った部分について、異常の有無を検査できる。よって、第２光射出装置および第２光検出装置の位置を調整することで、第１光射出装置および第１光検出装置の測定値に基づいて異常が発生したと判断した場合に、第２光射出装置および第２光検出装置の測定値に基づいて、この異常部分の位置をほぼ特定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る外径測定器１の縦断面図および横断面図である。
外径測定器１は、略円筒形のワークとしての回転子１０の外径を測定するものである。この外径測定器１は、回転子１０が載置される受台２０と、受台を回転させる回転装置３０と、第１測定装置４０と、第２測定装置５０と、これらを制御する後述の制御装置６０と、を備える。

回転子１０は、円柱状のシャフト１１と、このシャフト１１の外周に設けられたヨーク１２と、を備える。
シャフト１１の下面には、穴１１１が形成されている。
ヨーク１２は、複数の電磁鋼板が積層されて形成され、このヨーク１２には、シャフト１１の中心軸に沿って延びる収納部１３が設けられ、この収納部１３には、永久磁石１４が収納されて、樹脂で固定されている。

この回転子１０は、図示しない円筒状のモータケースに収納され、このモータケースの内部に回転可能に保持される。このモータケースには、極性を切り替え可能なステータが設けられる。ステータの極性を切り替えることにより、この回転子１０は、永久磁石１４とステータとの磁力による反発力により回転する。

受台２０は、図１中上下方向に延びる円筒状の受台本体２１と、この受台本体２１の上端を塞ぐ載置部２２と、受台本体２１の下端に取り付けられた回転板２３と、を備えている。
載置部２２の上面には、上方に突出する位置決めピン２２１が設けられている。この位置決めピン２２１をシャフト１１の穴１１１に挿入することにより、回転子１０の位相合わせを行う。
回転板２３の外縁には、貫通孔２３１が形成されている。

図３は、第１測定装置４０および第２測定装置５０と、回転子１０との関係を示す模式図である。
第１測定装置４０は、回転子１０の半径方向に所定幅ｄ１でレーザ光を射出する第１光射出装置４１と、この第１光射出装置４１から射出されるレーザ光を検出する第１光検出装置４２と、を備える。
この第１測定装置４０は、射出されるレーザ光が回転子１０の外周面上を通るように、かつ、射出されるレーザ光の光路が回転子１０の中心軸に平行となるように、つまり、図３中上下方向となるように、配置される。

第２測定装置５０は、回転子１０の半径方向に所定幅ｄ２でレーザ光を射出する第２光射出装置５１と、この第２光射出装置５１から射出されるレーザ光を検出する第２光検出装置５２と、を備える。
この第２測定装置５０は、射出されるレーザ光が回転子１０の下部側の外周面上を通り、かつ、レーザ光の光路が回転子１０の中心軸に直交するように、つまり、水平方向となるように、配置される。
第２測定装置５０のレーザ光が回転子１０の下部側の外周面上を通るように配置する理由は、ヨーク１２から樹脂材が漏れる場合、この樹脂材はヨーク１２の上部側から漏れることが多いため、このような樹脂材の漏れを第２測定装置５０で検知するためである。

図１および図２に戻って、回転装置３０は、基部３１と、この基部３１に設けられ受台２０の回転位置を検出する回転位置センサ３２と、回転子１０の中心軸を回転軸として受台を回転させる受台２０を回転させる回転駆動部３３と、第１測定装置４０および第２測定装置５０の位置を調整する調整可能な調整装置としての調整部３４と、を備える。

基部３１には、上下に貫通する貫通孔３１１が形成され、この貫通孔３１１に受台２０の受台本体２１が挿通されている。貫通孔３１１の上端側および下端側には、受台本体２１との間に、軸受３１２、３１３が設けられ、これにより、受台本体２１は、上下方向を回転軸として回転可能に支持される。
なお、受台本体２１をある程度の長さとすることで、回転した際のキャリブレーションを小さく抑えている。

回転位置センサ３２は、近接スイッチ３２１を備えており、この近接スイッチ３２１で受台２０の回転板２３の貫通孔２３１を検出することで、受台２０の検査開始位置を検出する。

調整部３４は、第１測定装置４０および第２測定装置５０の位置を、回転子１０の外周面の接線に沿って調整可能となっている。調整部３４は、ばね３４１と、第１測定装置４０および第２測定装置５０を挟んで、ばね３４１とは反対側に設けられた調整ねじ３４２と、を備える。
調整ねじ３４２は、基部３１に螺合され、回転子１０の外周面の接線に沿って進退可能となっている。
ばね３４１は、第１測定装置４０および第２測定装置５０を、回転子１０の外周面の接線に沿って付勢して、調整ねじ３４２の先端に押し付けている。
したがって、調整部３４によれば、調整ねじ３４２を回転させることで、第１測定装置４０および第２測定装置５０を、ばね３４１の付勢力に抵抗して、回転子１０の外周面の接線に沿って移動できるようになっている。

図４は、制御装置６０の構成を示すブロック図である。
制御装置６０は、外径測定部６１と、外径判定部６２と、は回転制御部６３と、動作設定切替部６４と、を備える。

回転制御部６３は、回転駆動部３３を駆動し、回転位置センサ３２で検出した受台２０の検査開始位置から受台２０を１回転させる。
外径測定部６１は、第１測定装置４０および第２測定装置５０を用いて、回転子１０の外径を測定する。
すなわち、回転制御部６３により受台２０を回転させながら、第１光射出装置４１からレーザ光を射出させて、このレーザ光を第１光検出装置４２で検出することで、回転子１０の外周面の中心軸に沿って延びる領域について、外形寸法の最大値を測定し、この測定値を第１測定値とする。

同時に、第２光射出装置５１からレーザ光を射出させ、このレーザ光を第２光検出装置５２で検出することで、回転子１０の外周面の中心軸に直交する方向に沿って、回転子１０の外形寸法を測定し、この測定値を第２測定値とする。

外径判定部６２は、第１測定値が許容範囲内であるか否かを判定する。この判定がＮＯの場合には、異常なしと判定し、この判定がＹＥＳの場合には、第２測定値が許容範囲内であるか否かを判定する。上述のように、樹脂材はヨークの上部側から漏れることが多いため、この判定がＹＥＳの場合には、ヨーク自体の外形寸法が許容範囲外である、と判定する。一方、この判定がＮＯの場合には、回転子１０の上部側のみが許容値を超えていることになり、ヨークから樹脂材が漏れている、と判定する。

動作設定切替部６４は、測定モードと、校正モードと、を切り替えて、それぞれのモードに応じて、外径測定部６１、外径判定部６２、および回転制御部６３を制御する。
すなわち、校正モードでは、外径測定部６１により回転子１０の外径を測定し、この測定した測定値を、キャリブレーションデータとして記憶する。
一方、測定モードでは、外径測定部６１により回転子１０の外径を測定した後、予め記憶したキャリブレーションデータを用いて、測定値を校正する。その後、校正した第１測定値および第２測定値に基づいて、外径判定部６２により、異常の有無を判断する。

以上の外径測定器１を用いて、回転子１０の外径を全面に亘って検査する手順について、説明する。

まず、受台２０にマスターワークを載置し、回転装置３０の調整部３４を操作して、第１光射出装置４１および第２光射出装置５１から射出されるレーザ光がマスターワークの外周面上を通るように、第１測定装置４０および第２測定装置５０を配置し、固定する。

次に、動作設定切替部６４を校正モードとして、このマスターワークの外形寸法の測定値を制御装置６０に記憶させる。

以上の作業を、外径寸法の異なる３種類のマスターワークを用いて行い、３つのマスターワークの測定値を、キャリブレーションデータとして制御装置６０に記憶させる。

次に、ワークとしての回転子１０を受台２０に載置し、回転装置３０の調整部３４を操作して、第１光射出装置４１および第２光射出装置５１から射出されるレーザ光が回転子１０の外周面上を通るように、第１測定装置４０の第１光射出装置４１および第１光検出装置４２を配置し、固定する。

次に、動作設定切替部６４を測定モードに切り替えて、回転子１０の外径を測定し、外径判定部６２により、異常の有無を判定する。

図５は、回転子１０の測定結果である。図５において、縦軸は、マスターワークを基準とした測定値であり、横軸は、回転子１０の外周面上の測定位置である。
図５に示すように、測定位置Ａでは、測定値が許容範囲を超えているため、異常値として判定される。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）まず、第１光射出装置４１から射出されるレーザ光が回転子１０の外周面上を通るように、第１光射出装置４１および第１光検出装置４２を配置する。次に、第１光射出装置４１からレーザ光を射出し、このレーザ光を第１光検出装置４２で検出することで、回転子１０の外周面の中心軸に沿って延びる領域について、外形寸法の最大値を測定する。次に、この測定した最大値が許容範囲内であるか否かを判定することで、回転子１０の外周面の中心軸に沿って延びる領域について、異常の有無を検査する。このような作業を回転装置３０で回転子１０を回転させながら行うことで、回転子１０の全周に亘って異常の有無を検査でき、よって、回転子１０の外径を全面に亘って簡単に検査できる。

（２）まず、第２光射出装置５１から射出されるレーザ光が回転子１０の外周面上を通るように、第２光射出装置５１および第２光検出装置５２を配置する。次に、第２光射出装置５１からレーザ光を射出し、このレーザ光を第２光検出装置５２で検出することで、回転子１０の中心軸に直交する方向に沿って、外径寸法を測定する。この測定値が許容範囲内であるか否かを判定することで、回転子１０の外周面のうち中心軸に直交する方向について、異常の有無を検査できる。
よって、第２光射出装置５１および第２光検出装置５２の位置を回転子１０の下端側としたので、第１光射出装置４１および第１光検出装置４２の測定値に基づいて異常が発生したと判断した場合に、第２光射出装置５１および第２光検出装置５２の測定値に基づいて、この異常部分の位置をほぼ特定することができる。

（３）第１光射出装置４１および第１光検出装置４２の位置を、回転子１０の外周面の接線に沿って調整可能な調整部３４をさらに設けた。よって、第１光射出装置４１から射出されるレーザ光が回転子１０の外周面上を通るように、第１光射出装置４１および第１光検出装置４２を容易に配置できる。

（４）回転子１０とは外径寸法が異なる校正用のマスターワークを３種類設けたので、マスターワークを用いてキャリブレーションデータを取得することで、外径測定器１の測定精度を向上できる。

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、改良等は本発明に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係る外径測定器の縦断面図である。 前記実施形態に係る外径測定器の横断面図である。 前記実施形態に係る外径測定器の第１光射出装置、第１光検出装置、第２光射出装置、第２光検出装置と、ワークとの関係を示す模式図である。 前記実施形態に係る外径測定器の制御装置の構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る外径測定器でワークを測定した測定結果の図である。

符号の説明

１ 外径測定器
１０ 回転子（ワーク）
２０ 受台
３０ 回転装置
３４ 調整部（調整装置）
４１ 第１光射出装置
４２ 第１光検出装置
５１ 第２光射出装置
５２ 第２光検出装置

Claims (3)

1. 略円筒形のワークの外径を測定する外形測定器であって、
   前記ワークが載置される受台と、
   前記ワークの中心軸を回転軸として当該受台を回転させる回転装置と、
   レーザ光を射出する第１光射出装置と、
   当該第１光射出装置から射出されるレーザ光を検出する第１光検出装置と、
   レーザ光を射出する第２光射出装置と、
   当該第２光射出装置から射出されるレーザ光を検出する第２光検出装置と、を備え、
   前記第１光射出装置は、射出されるレーザ光の光路が前記ワークの中心軸に平行となるように配置され、ワークの半径方向に所定幅でレーザ光を射出し、
   前記第２光射出装置は、射出されるレーザ光の光路が前記ワークの中心軸に直交するように配置され、ワークの半径方向に所定幅でレーザ光を射出することを特徴とする外径測定器。
2. 請求項１に記載の外径測定器において、
   前記第１光射出装置および第１光検出装置の位置を、前記ワークの外周面の接線に沿って調整可能な調整装置をさらに備えることを特徴とする外径測定器。
3. 請求項１または２に記載の外径測定器において、
   前記ワークとは外径寸法が異なる校正用ワークを複数備えることを特徴とする外径測定器。
   

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