JP2008224443A - 内径測定装置、及び内径測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
正確な穴の内径の測定が行うことが可能である内径測定装置、及び内径測定方法を提供すること。
【解決手段】
ワーク２２をワーク受け部材２３に載置し、浮子３１を穴２２Ａへ挿入するとともに穴２２Ａへ圧縮空気を供給し、圧縮空気が隙間２２Ｂを通過する際の背圧を検出することにより穴２２Ａの内径を測定する穴２２Ａの内径測定において、ワーク受け部材２３の平面２３Ａの周囲にシールリング２５を取り付け、圧縮空気とシールリング２５とが接触するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークに形成された穴の内径を測定する穴の内径測定装置及び内径測定方法に関する。

穴の内径を測定する測定装置としては、測定子を穴の内径面に接触させて測定を行う三次元測定器、または測定ヘッドを穴に挿入し、測定ヘッドのノズルから穴の壁面に向けて圧縮空気を噴射し、ノズルの背圧を検出する空気マイクロメータなどが従来使用されている。

三次元測定装置おいては、穴内壁に接触させた測定子を穴の形状に沿って一周させ、その変位量より穴の内径を算出する。穴の各位置での内径は、測定子を穴の奥行き方向に向かって移動させ、各位置で同じように測定子を穴内壁に接触させて一周させることにより算出される。

空気マイクロメータにおいては、ノズルの背圧は穴内壁とノズルとの間隔に依存するので、予め求めたマスターの基準値と比較することによって、検出値を穴の内径寸法に換算することにより測定が行われる。このような空気マイクロメータは、測定ヘッドを穴に出し入れしながら連続的に穴の内径を測定する。

しかし、このような内径の測定装置では測定子を測定位置で移動させた後に、更に別の測定位置へ測定子を移動させ、同様に測定位置で測定子の移動を行うため、測定に多大な時間がかかる問題があった。更に、このような測定装置では小径の穴に測定ヘッドを入れることが困難であり、湾曲する穴を測定することも困難であった。

そのため、高速に小径の穴であっても測定が容易であり、穴内径の測定を素早く行える測定装置、及び測定方法として、穴に弾性体で支持された浮子をいれるとともに穴へ流体を供給し、流体が浮子と穴壁面との間を通過する際の背圧、流量、又は前記浮子が受ける抗力により穴の内径を測定する測定装置、及び測定方法が提案されている。
特開２００１−３４９７２１号公報

特許文献１に記載される測定装置では、台に載置された被測定物に形成されている穴へエアを供給するとともに、浮子を穴へ挿入し、移動手段によって浮子を穴の中で移動させることにより穴の各位置での内径を測定している。

しかし、このような測定においては、流体が供給される側である穴の入り口付近では、被測定物の穴の位置と、流体を供給する穴の位置とのズレや穴の大きさの違いなどから段差が生じ、空気の流れが変わりやすくなる。そのため、穴の入り口付近では、図４に示すグラフＡのように、実際の内径から計測されるはずの背圧値よりも高い背圧値が計測され、実際よりも小さい内径であると測定されてしまう問題が確認されていた。

本発明はこのような問題に対応するために成されたものであり、被測定物に形成された穴の入り口付近での背圧の変化を抑え、正確な穴の内径の測定が行うことが可能である内径測定装置、及び内径測定方法を提供することを目的としている。

本発明は前記目的を達成するために、被測定物に形成された貫通穴の入り口周囲の基準となる面が接触することにより前記被測定物が載置される被測定物受け部材と、前記被測定物に形成された前記貫通穴に前記被測定物受け部材を介して流体を供給する流体供給手段と、前記被測定物受け部材の前記被測定物が接触している部分の周囲に取り付けられるとともに前記流体と接触し、前記被測定物と前記被測定物受け部材との間を封止して前記流体の流出を防止するシール部材と、弾性部材により保持され前記穴に挿入される浮子と、該浮子を前記貫通穴の奥行き方向に沿って移動させる移動手段と、前記流体が前記貫通穴内壁と前記浮子との隙間を通過する際の背圧、流量、又は前記浮子が受ける抗力を検出する検出手段と、該検出手段で検出した検出値を基準値と比較して前記貫通穴の内径に換算する換算手段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明は前記発明において、前記シール部材は、弾性体により形成されていることを特徴としている。

更に、本発明は前記発明において、前記被測定物受け部材は、中心部に前記貫通穴と連通する穴が形成されたフランジ部を有する円筒形状を成し、該被測定物受け部材側端には前記被測定物に形成された前記貫通穴の入り口周囲の基準となる面が接触する平面が形成され、前記フランジ部上に前記シール部材が取り付けられることを特徴とし、前記平面には、放射状に広がる複数の溝が形成され、前記シール部材と前記流体とが前記溝により接していることを特徴している。

更に、本発明は前記発明において、前記被測定物受け部材は、中心部に前記貫通穴と連通する穴が形成された円筒形状を成し、該被測定物受け部材側端には前記被測定物に形成された前記貫通穴の入り口周囲の基準となる面が接触する平面と前記穴を中心とするざぐり穴とが形成され、前記ざぐり穴内に前記シール部材が取り付けられることも特徴としている。

本発明によれば、被測定物は形成されている穴の周囲の基準面となる平面を被測定物受け部材に密着させて被測定物受け部材上に載置され、被測定物に形成された穴は被測定物受け部材に形成されている流体供給手段と連通された穴に位置合わせされている。これにより、被測定物は穴の入り口からの位置の基準となる面を、穴の入り口からの浮子の位置を計測する基準となる被測定物受け部材の平面に密着させて固定される。

この状態で位置合わせされた被測定物の穴へ弾性体に支持された浮子を被測定物受け部材側より挿入し、圧縮空気等の流体が流体供給手段より被測定物の穴へ被測定物受け部材側より供給される。浮子は移動手段により穴の奥行き方向へ移動され、流体が穴内壁と浮子との隙間を通過する際の背圧、流量、又は浮子が受ける抗力を検出手段により複数箇所検出する。検出手段で検出した検出値は基準値と比較して換算手段により穴の内径に換算される。

このとき、被測定物受け部材の、被測定物と密着している面の外周、または内周部には流体と接触し被測定物と被測定物受け部材との間を封止して流体が被測定物と被測定物受け部材との隙間より流出することを防止するシール部材が取り付けられている。外周部にシール部材が取り付けられている場合には、被測定物受け部材の被測定物と密着している面には放射状に広がる複数の溝が形成されている。

これにより、流体がシール部材と直接接している為、穴の入り口付近での流体の乱れが解消され、被測定物に形成された穴の入り口付近での背圧の変化を押さえ、正確な穴の内径の測定が行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明の内径測定装置、及び内径測定方法によれば、被測定物に形成された穴の入り口付近での背圧の変化を押さえ、正確な穴の内径の測定が行うことが可能にする。

以下、添付図面に従って本発明に係る内径測定装置、及び内径測定方法の好ましい実施の形態について詳説する。

まず初めに、本発明に係わる内径測定装置の構成について説明する。図１は内径測定装置の構成を示したブロック図である。

測定装置１０は、図１に示すように、流体供給手段であるエア発生源１２より供給される圧縮空気を、移動手段である可動部３０を通じて測定部２０に載置固定されている被測定物であるワーク２２に形成された貫通穴２２Ａへ供給し、可動部３０に設けられた浮子３１を貫通穴２２Ａ内で上下移動させて貫通穴２２Ａの各位置での内径測定を行う。

ワーク２２は、円筒形状を成し、中心部に貫通穴２２Ａが形成され、貫通穴２２Ａの入り口２２Ｃの周囲は平面状に形成されて貫通穴２２Ａの位置を測定する基準の面となっている。

エア発生源１２から供給される圧縮空気は、フィルタ１４で除塵され、レギュレータ１６で一定圧力に調整された後、空気の圧力、流量を電気信号に変えて換算手段としての管制部１１へ送る検出手段としてのＡ／Ｅ変換器１８（空気／電気変換器）内に設置された絞りを通り、コネクタ３６を介して可動部３０に備えられた浮子支持部材３５へ供給される。

可動部３０には、浮子支持部材３５の他、移動部材３４、支持部材３３、駆動部３８、及び不図示のリニアスケールを備えている。

浮子支持部材３５は、フランジ部３５Ｂを備え、底部内部にエア流路３５Ａが形成され、ワーク２２に形成された貫通穴２２Ａの内径の測定を行う浮子３１が先端部に弾性部材であるワイヤ３２により取り付けられている。

浮子３１は、セラミック、樹脂、鋼、軽合金等の材料を用いて、高い加工精度で球状に形成される。

移動部材３４は内部が空洞であって、空洞内に浮子支持部材３５が位置するように浮子支持部材３５のフランジ部３５Ｂが底部に固定されている。これにより、移動部材３４の内部には、エア流路３０Ａが形成される。

支持部材３３には内部に穴３３Ａが形成され、移動部材３４はシールリング３７により外周部を封止されながら浮子支持部材３５と共に、管制部１１により動作が制御される駆動部３８によって穴３３Ａ内を上下に移動する。

これにより、ワーク２２に形成された貫通穴２２Ａ内を浮子３１が上下移動することが可能となる。浮子３１の移動量は不図示のリニアスケールにより移動部材３４の移動量として測定され、浮子３１が貫通穴２２Ａ内のいずれの位置の内径を測定しているかが分かる。

続いて、測定部２０は、可動部３０の上部に固定され、被測定物受け部材であるワーク受け部材２３、シール部材であるシールリング２５を固定する固定リング２７、ワーク保持部材２６、及びワーク押さえ部２４を備えている。

ワーク受け部材２３は、図２に示すように、中心に穴２３Ｂが形成されたフランジ部を有する円筒形状を成し、上面に平面２３Ａが形成されている。ワーク受け部材２３は、ワーク２２に形成された貫通穴２２Ａの入り口２２Ｃの周囲の基準となる平面が、平面２３Ａに接触することによりワーク２２を受ける。

ワーク受け部材２３の平面２３Ａには、放射状に広がる溝２３Ｃが形成され、平面２３Ａ、溝２３Ｃの外周部には、フランジ部上に樹脂やゴム等を素材とするシールリング２５が取り付けられている。シールリング２５はワーク受け部材２３の周囲に取り付けられる固定リング２７によりワーク受け部材２３に固定されている。

ワーク保持部材２６は、中心部にワーク２２の外周径よりも僅かに大きい径のワーク２２を保持する穴が形成され、ワーク２２の貫通穴２２Ａの中心が、ワーク受け部材２３の穴２３Ｂの中心と同一直線状に並ぶようにワーク受け部材２３と固定リング２７との上部に取り付けられる。

ワーク保持部材２６に保持され、ワーク受け部材２３の平面２３Ａ上に載置されているワーク２２は、平面２３Ａと接触している面とは逆の面をワーク押さえ部２４により押圧されてワーク受け部材２３に密着する。このとき、シールリング２５もワーク２２により押圧され、ワーク２２とワーク受け部材２３との間を封止して、穴２３Ｂと貫通穴２２Ａとを抜ける圧縮空気が、ワーク２２とワーク受け部材２３との間から流出することを防止する。

この状態でエア発生源１２から供給される圧縮空気が、フィルタ１４で除塵され、レギュレータ１６で一定圧力に調整された後、Ａ／Ｅ変換器１８（空気／電気変換器）内に設置された絞りを通り、コネクタ３６を介して流路３５Ａ、流路３０Ａを通り、穴３３Ａからワーク受け部材２３の穴２３Ｂに流入してワーク２２の貫通穴２２Ａ内に供給され、ワーク２２のワーク押さえ部２４により押圧されている側より大気中に放出される。

貫通穴２２Ａ内に供給された圧縮空気は、貫通穴２２Ａ内で上下移動する浮子３１と貫通穴２２Ａの内壁との間である隙間２２Ｂを通過し、隙間２２Ｂを圧縮空気が通過する際の背圧をＡ／Ｅ変換器１８により検知する。検知された大きさは電気信号として管制部１１へ送られ、送られてきた電気信号は管制部１１で記録されている基準値と比較されて貫通穴２２Ａの内径サイズとして換算されて記録される。

以上のような構成の測定装置１０によりワーク２２の内径の測定が行われる。なお、本実施の形態では、ワーク２２はワーク受け部材２３と接触する面の外周部付近がテーパ形状に形成されているが、図３に示されるようワーク４２のようにテーパ形状がない、または貫通穴２２Ａの入り口２２Ｃの周囲にテーパ形状を備えていても同様に計測される。

このとき、被測定物受け部材は、図３に示すワーク受け部材４３のように、平面４３Ａの内周部にざぐり穴が形成され、ざぐり穴内にシールリング４５が取り付けられている。シールリング４５は、ワーク４２とワーク受け部材４３との間を封止して、穴４３Ｂと穴４２Ａとを抜ける圧縮空気が、ワーク４２とワーク受け部材４３との間から流出することを防止する。

穴４２Ａ内に供給された圧縮空気は同様に、穴４２Ａ内で上下移動する浮子３１と穴４２Ａの内壁との間である隙間４２Ｂを通過し、隙間４２Ｂを圧縮空気が通過する際の背圧をＡ／Ｅ変換器１８により検知して内径が計測される。

また、本実施の形態ではワーク２２は円筒形状を成しているが、本発明はこれに限らず、穴が形成され、ワーク受け部材に載置出来る形状のワークであれば、いかなる形状であっても穴の内径を計測すること可能である。

次に、上記のように構成された本発明に係わる測定装置１０の作用について説明する。図１に示す測定装置１０では、まずエア発生源１２から圧縮空気を供給し、供給された圧縮空気はフィルタ１４で除塵され、レギュレータ１６で一定圧力に調整された後、Ａ／Ｅ変換器１８（空気／電気変換器）内に設置された絞りを通り、コネクタ３６を介して浮子支持部材３５へ供給される。

浮子支持部材３５へ供給された圧縮空気は流路３５Ａ、３０Ａを通り、穴３３よりワーク受け部材２３の穴２３Ｂへ供給され、ワーク２２の貫通穴２２Ａへ噴射される。

次いで、駆動部３８を駆動して移動部材３４と浮子支持部材３５とを共に上昇させ、浮子３１を穴２３Ｂ側より貫通穴２２Ａへ挿入するとともに、挿入した浮子３１を貫通穴２２Ａに沿って上昇させる。

そして、圧縮空気が浮子３１と貫通穴２２Ａの内壁との隙間２２Ｂを通過する際の背圧を、所定の間隔ごとに複数箇所（或いは連続して）Ａ／Ｅ変換器１８により検出する。背圧は浮子３１と貫通穴２２Ａの内壁との隙間の大きさに依存するので、Ａ／Ｅ変換器１８により検出された背圧の検出値を管制部１１でマスターの基準値と比較することによって貫通穴２２Ａの内径に換算できる。

このとき、ワーク受け部材２３のワーク２２と密着している平面２３Ａには、図２に示す放射状に広がる溝２３Ｃが形成され、平面２３Ａと溝２３Ｃの外周にはシールリング２５が取り付けられている。

これにより、圧縮空気が溝２３Ｃを通してシールリング２５と直接接し、貫通穴２２Ａの入り口２２Ｃ付近での圧縮空気の乱れが解消され、ワーク２２に形成された貫通穴２２Ａの入り口２２Ｃ付近での背圧の変化を押さえ、図４に示すグラフＢのように高い背圧値が計測されて実際よりも小さい内径であると測定されることがなく、入り口２２Ｃ付近での正確な貫通穴２２Ａの内径の測定が行うことが可能となる。

貫通穴２２Ａ内の測定においては、貫通穴２２Ａの内壁と浮子３１との隙間２２Ｂを通り抜ける圧縮空気によって浮子３１に自動求心作用（又は自動調芯作用）が働く。したがって、ワイヤ３２が弾性変形して浮子３１が貫通穴２２Ａの中心に自動的に配置される。これにより、圧縮空気は、ワーク２２の貫通穴２２Ａの内壁に略均等に形成された隙間２２Ｂを通り抜けることになり、このときの背圧をＡ／Ｅ変換器１８により検出することによって貫通穴２２Ａの内径を精度良く測定できる。

なお、マスターの基準値とは、測定に先立って、測定時と同じ条件でマスターを測定した値であり、測定条件を変える度に行われる。

また、上述した実施の形態では、圧縮空気の背圧を検出したが、これに限定するものではなく、圧縮空気が貫通穴２２Ａの内壁と浮子３１との隙間２２Ｂを通過する際の圧縮空気の流量を検出してもよい。この場合も上述した実施の形態と同様に、管制部１１が、検出値をマスターの基準値と比較することによって貫通穴２２Ａの内径を精度良く測定できる。

さらに、本発明は、圧縮空気の背圧や流量の検出に限定されるものではなく、浮子３１が受ける抗力を浮子支持部材３５に設けられた不図示の圧電ピックアップや歪みゲージで検出し、貫通穴２２Ａの内径に換算してもよい。

以上、説明したように、本発明に係わる内径測定装置、及び内径測定方法によれば、流体がシール部材と直接接している為、被測定物に形成された穴の入り口付近での流体の乱れが解消され、穴の入り口付近での背圧の変化を押さえ、正確な穴の内径の測定が行うことが可能にする。

本発明に係わる内径測定装置の構成を示したブロック図。 ワーク受け部材の形状を示した上面図と側面図。 別の実施の形態の測定部を示した側面図。 ワークの内径を測定した結果を示した図表。

符号の説明

１０…測定装置，１１…管制部，１２…エア発生源，１６…レギュレータ，１８…Ａ／Ｅ変換器，２０…測定部，２２、４２…ワーク（被測定物），２２Ａ…貫通穴，２３Ｂ、３３Ａ、４２Ａ…穴，２２Ｂ…隙間，２２Ｃ…入り口，２３、４３…ワーク受け部材（被測定物受け部材），２３Ａ、４３Ａ…平面，２４…ワーク押さえ部，２５、３７、４５…シールリング（シール部材），２７…固定リング，３０…可動部，３０Ａ、３５Ａ…流路，３１…浮子，３２…ワイヤ（弾性部材），３３…支持部材，３４…移動部材，３５…浮子支持部材，３６…コネクタ，３８…駆動部

Claims (7)

1. 被測定物に形成された貫通穴の入り口周囲の基準となる面が接触することにより前記被測定物が載置される被測定物受け部材と、
   前記被測定物に形成された前記貫通穴に前記被測定物受け部材を介して流体を供給する流体供給手段と、
   前記被測定物受け部材の前記被測定物が接触している部分の周囲に取り付けられるとともに前記流体と接触し、前記被測定物と前記被測定物受け部材との間を封止して前記流体の流出を防止するシール部材と、
   弾性部材により保持され前記穴に挿入される浮子と、
   該浮子を前記貫通穴の奥行き方向に沿って移動させる移動手段と、
   前記流体が前記貫通穴内壁と前記浮子との隙間を通過する際の背圧、流量、又は前記浮子が受ける抗力を検出する検出手段と、
   該検出手段で検出した検出値を基準値と比較して前記貫通穴の内径に換算する換算手段と、を備えたことを特徴とする穴の内径測定装置。
2. 前記シール部材は、弾性体により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の穴の内径測定装置。
3. 前記被測定物受け部材は、中心部に前記貫通穴と連通する穴が形成されたフランジ部を有する円筒形状を成し、該被測定物受け部材側端には前記被測定物に形成された前記貫通穴の入り口周囲の基準となる面が接触する平面が形成され、前記フランジ部上に前記シール部材が取り付けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の穴の内径測定装置。
4. 前記平面には、放射状に広がる複数の溝が形成され、前記シール部材と前記流体とが前記溝により接していることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の穴の内径測定装置。
5. 前記被測定物受け部材は、中心部に前記貫通穴と連通する穴が形成された円筒形状を成し、該被測定物受け部材側端には前記被測定物に形成された前記貫通穴の入り口周囲の基準となる面が接触する平面と前記穴を中心とするざぐり穴とが形成され、前記ざぐり穴内に前記シール部材が取り付けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の穴の内径測定装置。
6. 被測定物を被測定物受け部材に載置し、弾性体により保持される浮子を前記被測定物に形成された貫通穴へ挿入するとともに前記貫通穴へ流体を供給し、前記流体が前記貫通穴内壁と前記浮子との隙間を通過する際の背圧、流量、又は前記浮子が受ける抗力を検出することにより前記貫通穴の内径を測定する穴の内径測定方法において、
   前記被測定物に形成された前記貫通穴の入り口周囲の基準となる面が前記被測定物受け部材と接触している部分の周囲に、前記被測定物と前記被測定物受け部材との間を封止して前記流体の流出を防止するシール部材を取り付け、前記流体と前記シール部材とが接触していることを特徴とする穴の内径測定方法。
7. 前記被測定物受け部材が前記被測定物に形成された前記貫通穴の入り口周囲の基準となる面と接触している部分には、放射状に広がる複数の溝が形成され、前記被測定物受け部材が前記被測定物と接触している部分の外周部に取り付けられた前記シール部材と前記流体とが前記溝により接触していることを特徴とする請求項６に記載の穴の内径測定方法。

Images