JP2012083248A - 円形状機械部品の測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定精度の悪化を防止し、測定対象を正確に拘束し固定することなく簡易に測定できると共に、部品交換に要する工数等の低減を図ることができる円形状機械部品の測定装置および測定方法を提供する。
【解決手段】 円形状機械部品Ｗにおける円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定可能なレーザ変位計２を用い、支持された円形状機械部品Ｗの形状測定対象に対してレーザ変位計２を対向させて、このレーザ変位計２に、それぞれ前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる。演算手段４は、レーザ変位計２で測定された前記任意の２箇所以上の各箇所の幅寸法を、直交座標系における各両端２点の座標点に変換し、これら各座標点から算出される近似円から、形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を算出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、軸受のころ等の端面や周面に円形状部分を持つ円形状機械部品の測定装置および測定方法に関し、円形状機械部品における形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置等を測定する技術に関する。

従来技術として、軸受用ころの形状を計測するために、画像処理装置に計測対象となる形状部分を映し出し解析する手法（特許文献１）や、対象物を回転テーブルで回転させプローブや変位計でその変化を測定し算出する手法（特許文献２）がある。

特開平６−１８４８０６号公報 特開平７−８３６５２号公報

前記画像処理装置を用いた従来技術で軸受用ころの直径、中心位置を測定する場合、ころにクーラント等が付着することで測定精度が悪化する。また、測定対象を正確に拘束できる固定装置等が必要になる。
特許文献２の従来技術では、接触式のプローブや変位計で測定対象の形状を測定するが、プローブ等を長期間使用することで、接点が摩耗する。これにより、測定精度の悪化、部品交換工数が問題となる。

この発明の目的は、測定精度の悪化を防止し、測定対象を正確に拘束し固定することなく簡易に測定できると共に、部品交換に要する工数等の低減を図ることができる円形状機械部品の測定装置および測定方法を提供することである。

この発明の円形状機械部品の測定装置は、端面または外周面に円形状部分を持つ円形状機械部品における形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を測定する測定装置であって、前記円形状機械部品を所定の位置および姿勢に支持する被測定物支持手段と、前記円形状機械部品における前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定可能なレーザ変位計と、前記被測定物支持手段に支持された前記円形状機械部品の前記形状測定対象に対して前記レーザ変位計を対向させて、このレーザ変位計に、それぞれ前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる複数箇所測定手段と、この複数箇所測定手段により前記レーザ変位計で測定された前記任意の２箇所以上の各箇所の幅寸法を、直交座標系における各両端２点の座標点に変換し、これら各座標点から算出される近似円から、形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を算出する演算手段とを有することを特徴とする。

この構成によると、被測定物支持手段に支持された円形状機械部品の形状測定対象に対してレーザ変位計を対向させる。複数箇所測定手段は、前記レーザ変位計に、それぞれ前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる。次に、演算手段は、測定された前記任意の２箇所以上の各箇所の幅寸法を、直交座標系における各両端２点の座標点に変換する。演算手段は、これら各座標点から算出される近似円から、形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を算出する。この場合において、円の一般式から最小二乗法を用いて、前記円形状部分の直径および中心位置を算出する。
このように２箇所以上の幅寸法を測定し、近似円を求めて算出するため、円形状機械部品の円形状部分の直径および中心位置を算出することができる。円形状機械部品にクーラント等が付着した場合であっても、レーザ変位計のレーザの透過性を活かし、測定精度が悪化することなくより安定した測定を行える。また、複数箇所測定手段は、レーザ変位計に任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる。このため、円形状機械部品を正確に拘束、固定する必要がなく簡易に測定できる。さらに、非接触のレーザ変位計を用いるため、測定部品の接点等の摩耗を未然に防止し、部品交換に要する工数低減を図ることができる。

前記複数箇所測定手段は、レーザ変位計を、被測定物支持手段に支持された円形状機械部品に対して相対的に移動させる移動機構であっても良い。この場合、移動機構によりレーザ変位計を位置決め制御することで、前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を容易に測定することができる。また、測定箇所を任意に増やすことが可能となり、これにより、算出する円形状部分の直径および中心位置の精度を高めることができる。

前記複数箇所測定手段は、前記弦となる各箇所をそれぞれ測定可能なように、複数のレーザ変位計を固定設置した手段であっても良い。この場合、レーザ変位計を円形状機械部品に対して相対的に移動させる機構が不要となり、その分、装置全体の小形化を図ることができる。レーザ変位計を位置決め制御する必要がないため、制御系を簡単化でき、その分、製造コストの低減を図ることができる。

前記レーザ変位計は、帯状に広げられたレーザ光、または帯状に走査されるレーザ光を前記円形状機械部品の前記形状測定対象に照射するラインレーザ変位計であっても良い。この場合、帯状に広げられたレーザ光または帯状に走査されるレーザ光が、形状測定対象の表面で反射する。この反射光をラインレーザ変位計の検出素子上で検出し、演算手段により前記円形状部分の直径および中心位置を算出する。

前記円形状機械部品は軸受用ころであり、前記レーザ変位計は、前記軸受用ころの端面の前記円形状部分を成す円形凹部からなるヌスミの弦となる箇所の幅寸法を測定するものであっても良い。
前記レーザ変位計は、前記軸受用ころの両端面のうち、いずれか一方の端面または両端面の前記円形状部分を成すヌスミの弦となる箇所の幅寸法を測定するものであっても良い。
前記円形状機械部品は軸受用ころであり、前記レーザ変位計は、前記軸受用ころの転走面の前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定するものであっても良い。

この発明の円形状機械部品の測定方法は、端面または外周面に円形状部分を持つ円形状機械部品における形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を測定する測定方法であって、前記円形状機械部品を所定の位置および姿勢に支持する支持過程と、前記円形状機械部品における前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定可能なレーザ変位計を用い、前記支持過程で支持された前記円形状機械部品の前記形状測定対象に対して前記レーザ変位計を対向させて、このレーザ変位計に、それぞれ前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる測定過程と、この測定過程により前記レーザ変位計で測定された前記任意の２箇所以上の各箇所の幅寸法を、直交座標系における各両端２点の座標点に変換し、これら各座標点から算出される近似円から、形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を算出する演算過程とを有することを特徴とする。

この構成によると、円形状機械部品にクーラント等が付着した場合であっても、レーザ変位計のレーザの透過性を活かし、測定精度が悪化することなくより安定した測定を行える。測定過程では、レーザ変位計に任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させるため、円形状機械部品を正確に拘束、固定する必要がなく簡易に測定できる。非接触のレーザ変位計を用いるため、測定部品の接点等の摩耗を未然に防止し、部品交換に要する工数低減を図れる。

前記測定過程は、レーザ変位計を、支持過程で支持された円形状機械部品に対して相対的に移動させる移動過程を含むものであっても良い。この場合、１個のレーザ変位計で前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定できる。

この発明の円形状機械部品の測定装置は、端面または外周面に円形状部分を持つ円形状機械部品における形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を測定する測定装置であって、前記円形状機械部品を所定の位置および姿勢に支持する被測定物支持手段と、前記円形状機械部品における前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定可能なレーザ変位計と、前記被測定物支持手段に支持された前記円形状機械部品の前記形状測定対象に対して前記レーザ変位計を対向させて、このレーザ変位計に、それぞれ前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる複数箇所測定手段と、この複数箇所測定手段により前記レーザ変位計で測定された前記任意の２箇所以上の各箇所の幅寸法を、直交座標系における各両端２点の座標点に変換し、これら各座標点から算出される近似円から、形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を算出する演算手段とを有するため、測定精度の悪化を防止し、測定対象を正確に拘束し固定することなく簡易に測定できると共に、部品交換に要する工数等の低減を図ることができる。

この発明の円形状機械部品の測定方法は、端面または外周面に円形状部分を持つ円形状機械部品における形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を測定する測定方法であって、前記円形状機械部品を所定の位置および姿勢に支持する支持過程と、前記円形状機械部品における前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定可能なレーザ変位計を用い、前記支持過程で支持された前記円形状機械部品の前記形状測定対象に対して前記レーザ変位計を対向させて、このレーザ変位計に、それぞれ前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる測定過程と、この測定過程により前記レーザ変位計で測定された前記任意の２箇所以上の各箇所の幅寸法を、直交座標系における各両端２点の座標点に変換し、これら各座標点から算出される近似円から、形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を算出する演算過程とを有するため、測定精度の悪化を防止し、測定対象を正確に拘束し固定することなく簡易に測定できると共に、部品交換に要する工数等の低減を図ることができる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態に係る円形状機械部品の測定装置の正面図、（Ｂ）は同測定装置の側面図である。 同測定装置のレーザ変位計を、軸受用ころの一端面に対向させるように任意の測定位置に配置した測定装置の要部の拡大正面図である。 （Ａ）は軸受用ころのヌスミの幅寸法を測定する状態を表す同ころの側面図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 同レーザ変位計を次の任意の測定位置に移動させた測定装置の要部の拡大正面図である。 （Ａ）は軸受用ころのヌスミの２箇所目の幅寸法を測定する状態を表す同ころの側面図、（Ｂ）は２つの幅寸法を、直交座標系に変換した状態を説明する図である。 円の一般式を説明する図である。 データ点の座標系への変換を示す説明図である。 測定Ｎｏ．とヌスミ径との関係を、通常状態とクーラント付着状態とで比較して表す図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。この発明の実施形態に係る円形状機械部品として、例えば、軸受用ころが適用される。図１〜図６の例では、前記軸受用ころの端面におけるヌスミの直径および中心位置を測定する測定装置について説明する。ただし、円形状機械部品は、軸受用ころに限定されるものではなく、端面または外周面に円形状部分を持つ、内外輪、保持器、軸、ピン等、種々の機械部品を適用しても良い。以下の説明は、円形状機械部品の測定方法の説明をも含む。

図１に示すように、円形状機械部品の測定装置は、被測定物支持手段１と、レーザ変位計２と、複数箇所測定手段３と、演算手段４及び制御手段５を含む制御装置５Ａとを備えている。これらのうち被測定物支持手段１は、円形状機械部品Ｗを所定の位置および姿勢に支持するものであり、Ｖ溝ブロックによって実現される。同Ｖ溝ブロックは後述の移動機構の支持フレーム６に固定され、円形状機械部品Ｗの外周面Ｗａが、前記Ｖ溝ブロックのＶ面に載置支持可能である。
前記レーザ変位計２は、円形状機械部品Ｗにおける前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定可能な変位計である。この例のレーザ変位計２は、帯状に広げられたレーザ光、または帯状に走査されるレーザ光を円形状機械部品Ｗの形状測定対象に照射し、反射光によって測定対象の形状変化部間の幅寸法を測定可能なラインレーザ変位計であり、２次元レーザ変位計とも呼ばれる。

前記複数箇所測定手段３は、被測定物支持手段１に支持された円形状機械部品Ｗの形状測定対象に対してレーザ変位計２を対向させて、このレーザ変位計２に、それぞれ前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法、図５の例では２箇所の幅寸法Ｗ１，Ｗ２を測定させる。図１の例では、複数箇所測定手段３は、レーザ変位計２を、非測定物支持手段１に支持された円形状機械部品Ｗに対して相対的に移動させる移動機構により実現される。

この移動機構は、上下方向に伸び固定される支持フレーム６と、この支持フレーム６の一側面にスライド機構を介して、矢符Ａ１にて示す上下方向に移動可能なスライド部材７とを有する。
制御装置５Ａは、制御手段５と、演算手段４と、記憶手段Ｍａとを有する。制御装置５Ａは、例えばマイクロコンピュータとその制御プログラム、および電子回路などにより構成される。制御手段５は、前記移動機構を駆動制御する移動機構制御部５ａと、レーザ変位計２から形状測定対象にレーザ光を照射して測定するタイミングを制御する変位計制御部５ｂとを有する。移動機構制御部５ａが図示外の駆動回路を介して駆動源を駆動制御することで、スライド部材７が支持フレーム６に対して上下方向に移動し位置決めされる。このスライド部材７にレーザ変位計２が取付けられ、移動機構制御部５ａの駆動制御により、被測定物支持手段１に支持された円形状機械部品Ｗの一端面にレーザ変位計２を対向させるようになっている。

前記変位計制御部５ｂは、例えば、前記駆動源からの信号に基づいてレーザ変位計２が所定の測定位置にあるか否かを判断し、測定位置にあるとの判断でレーザ光を照射させ測定を行う。記憶手段Ｍａには、レーザ変位計２のＸ−Ｙ座標におけるＹ方向の位置と対応して、レーザ変位計２による各位置の測定値が記憶される。前記Ｙ方向はレーザ変位計２の移動方向である。Ｘ−Ｙ座標のＸ方向は前記移動方向およびころ軸方向にそれぞれ直交する方向である。
前記制御手段５および駆動源を省略し、スライド部材７を手動により上下方向に移動して位置決めすると共に、レーザ変位計２を手動操作しても良い。

前記演算手段４は入出力インターフェース等を介して制御手段５に電気的に接続される。この演算手段４は、複数箇所測定手段３によりレーザ変位計２で測定された前記任意の２箇所以上の各箇所の幅寸法を、直交座標系における各両端２点の座標点に変換する。なお、レーザ変位計２で幅寸法を測定するときに、その幅の中央位置は定まっているため、幅寸法から両端２点の座標点に変換可能である。演算手段４は、これら各座標点から算出される近似円から、形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を算出する（後述する）。具体的にこの例では、前記円形状部分は、軸受用ころの端面のヌスミの弦となる箇所である。レーザ変位計２で測定された各箇所の幅寸法は、記憶手段Ｍａに各箇所のＹ方向位置と関連付けられて一時的に記憶され、演算手段４による演算時に読み出される。演算手段４により算出された前記円形状部分の直径および中心位置は、図示外の入出力インターフェース、駆動回路等を介してプリンタやディスプレイ等の出力手段に出力される。

円形状機械部品Ｗの計測順序について説明する。
（１）図２に示すように、前記移動機構により、レーザ変位計２を、軸受用ころの一端面Ｗｂに対向させるように任意の測定位置Ｐｓ１に配置する。
（２）図３に示すように、前記測定位置Ｐｓ１に配置したレーザ変位計２により、ヌスミＮＳの弦となる箇所の幅寸法Ｗ２を測定する。
（３）図４に示すように、移動機構により、レーザ変位計２を次の任意の測定位置Ｐ２に移動させる。
（４）図５（Ａ）に示すように、前記測定位置Ｐｓ２にセットしたレーザ変位計２により、ヌスミの弦となる箇所の幅寸法Ｗ１を測定する。
（５）図５（Ｂ）に示すように、２つの幅寸法Ｗ１，Ｗ２を、直交座標系いわゆるＸ−Ｙ座標系における各両端２点の座標点Ｐ０〜Ｐ３に変換する。
（６）その後、円の最小二乗法を用い、形状測定対象となる円形状部分の直径および中心位置を求める。
なお、測定箇所が２箇所以上の場合は、上記（３）、（４）を繰返し行う。

前記円形状部分の直径および中心位置を算出する算出方法について説明する。

このように、２箇所以上の幅寸法を測定し、近似円を求めて算出するため、円形状機械部品の円形状部分の直径および中心位置を算出することができる。

下表１および図８は、軸受用ころの端面が乾燥した通常状態と、端面等にクーラントを付着させたクーラント付着状態とで、それぞれ３０回繰返して幅寸法を測定した測定結果である。この測定試験で用いた軸受用ころは、評価基準として、ヌスミ直径の狙い径を１８．７５ｍｍ、上限公差を０．５ｍｍ、下限公差を−０．５ｍｍとした。またヌスミ深さを０．３４７ｍｍとした。レーザ変位計２の基準側測定位置Ｐｓ１から前進側測定位置Ｐｓ２までのＹ方向のセンサシフト量を５ｍｍとした。

ここで、下表１の簡易式、論理式について図７と共に説明する。
図７は、データ点の座標系への変換を示す説明図である。

図８の丸印で表記した測定箇所は通常状態での測定結果であり、同図８の四角印で表記した測定箇所はクーラント付着状態での測定結果である。各回の測定に際し、基準側測定位置Ｐｓ１および前進側測定位置Ｐｓ２それぞれの位置での幅寸法を測定する。なお、この測定試験のクーラントとして、ダイカトール ＧＩＡ（粘度１２）を用いた。また、前進側測定位置Ｐｓ２を、ころの軸中心より約９ｍｍ離れた位置とした。
従来の画像処理装置を使用した手法では、円形状機械部品にクーラントが付着した場合に測定精度が悪化するが、この発明の測定試験によると、表１および図８に示すように、前記通常状態とクーラント付着状態とで差異０．０５ｍｍ以下での測定が可能である。

以上説明した円形状機械部品の測定装置によると、円形状機械部品Ｗにクーラント等が付着した場合であっても、レーザ変位計２のレーザの透過性を活かし、測定精度が悪化することなくより安定した測定を行える。
この測定装置によると、両端面のヌスミ直径が異なる非対称ころの軸受への組込み方向を自動的に選別できる。これにより軸受用ころの組込み不良を未然に防止し、工数低減を図ることが可能となる。また、複数箇所測定手段３は、レーザ変位計２に任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる。このため、円形状機械部品Ｗを正確に拘束、固定する必要がなく簡易に測定できる。さらに、非接触のレーザ変位計２を用いるため、測定部品の摩耗を未然に防止し、部品交換に要する工数低減を図ることができる。

前記複数箇所測定手段３は、レーザ変位計２を、被測定物支持手段１に支持された円形状機械部品Ｗに対して相対的に移動させる移動機構であるため、この移動機構によりレーザ変位計２を位置決め制御することで、弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を容易に測定することができる。また、測定箇所を任意に増やすことが可能となり、これにより、算出する円形状部分の直径および中心位置の精度を高めることができる。

移動機構は、固定されたレーザ変位計２に対して、被測定物支持手段１に支持された円形状機械部品Ｗを移動させる機構であっても良い。この場合、レーザ変位計２のケーブル類の干渉、屈曲等を考慮する必要がなくこのケーブル類を固定させて容易に取回すことができる。
図１の測定装置のうち前記移動機構および駆動源を省略し、複数箇所測定手段３として、前記弦となる各箇所をそれぞれ測定可能なように、複数のレーザ変位計２を固定設置した手段であっても良い。この場合、レーザ変位計２を移動させる移動機構が不要となる分、装置全体の小形化を図ることができる。レーザ変位計２を位置決め制御する必要がないため、制御系を簡単化でき、その分、製造コストの低減を図ることができる。

前記ラインレーザ変位計の代わりに、発光素子と光位置検出素子とを組み合わせた一般的なレーザ変位計を用いても良い。この場合、弦となる箇所の幅寸法をこのレーザ変位計で測定するため、この弦となる箇所の幅方向つまりＸ方向に移動させる機構を追加する必要がある。

図１の例では、軸受用ころの一方の端面のみ幅寸法を測定しているが、軸受用ころの両端面の幅寸法を測定しても良い。他の例として、レーザ変位計は、軸受用ころの転走面の前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定するものであっても良い。

１…被測定物支持手段
２…レーザ変位計
３…複数箇所測定手段
４…演算手段
Ｗ…円形状機械部品

Claims (9)

1. 端面または外周面に円形状部分を持つ円形状機械部品における形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を測定する測定装置であって、
   前記円形状機械部品を所定の位置および姿勢に支持する被測定物支持手段と、
   前記円形状機械部品における前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定可能なレーザ変位計と、
   前記被測定物支持手段に支持された前記円形状機械部品の前記形状測定対象に対して前記レーザ変位計を対向させて、このレーザ変位計に、それぞれ前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる複数箇所測定手段と、
   この複数箇所測定手段により前記レーザ変位計で測定された前記任意の２箇所以上の各箇所の幅寸法を、直交座標系における各両端２点の座標点に変換し、これら各座標点から算出される近似円から、形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を算出する演算手段と、
   を有することを特徴とする円形状機械部品の測定装置。
2. 請求項１において、前記複数箇所測定手段は、レーザ変位計を、被測定物支持手段に支持された円形状機械部品に対して相対的に移動させる移動機構である円形状機械部品の測定装置。
3. 請求項１において、前記複数箇所測定手段は、前記弦となる各箇所をそれぞれ測定可能なように、複数のレーザ変位計を固定設置した手段である円形状機械部品の測定装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記レーザ変位計は、帯状に広げられたレーザ光、または帯状に走査されるレーザ光を前記円形状機械部品の前記形状測定対象に照射するラインレーザ変位計である円形状機械部品の測定装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記円形状機械部品は軸受用ころであり、前記レーザ変位計は、前記軸受用ころの端面の前記円形状部分を成す円形凹部からなるヌスミの弦となる箇所の幅寸法を測定する円形状機械部品の測定装置。
6. 請求項５において、前記レーザ変位計は、前記軸受用ころの両端面のうち、いずれか一方の端面または両端面の前記円形状部分を成すヌスミの弦となる箇所の幅寸法を測定する円形状機械部品の測定装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記円形状機械部品は軸受用ころであり、前記レーザ変位計は、前記軸受用ころの転走面の前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定する円形状機械部品の測定装置。
8. 端面または外周面に円形状部分を持つ円形状機械部品における形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を測定する測定方法であって、
   前記円形状機械部品を所定の位置および姿勢に支持する支持過程と、
   前記円形状機械部品における前記円形状部分を成す円の弦となる箇所の幅寸法を測定可能なレーザ変位計を用い、前記支持過程で支持された前記円形状機械部品の前記形状測定対象に対して前記レーザ変位計を対向させて、このレーザ変位計に、それぞれ前記弦となる任意の２箇所以上の箇所の幅寸法を測定させる測定過程と、
   この測定過程により前記レーザ変位計で測定された前記任意の２箇所以上の各箇所の幅寸法を、直交座標系における各両端２点の座標点に変換し、これら各座標点から算出される近似円から、形状測定対象となる前記円形状部分の直径および中心位置を算出する演算過程と、
   を有することを特徴とする円形状機械部品の測定方法。
9. 請求項８において、前記測定過程は、レーザ変位計を、支持過程で支持された円形状機械部品に対して相対的に移動させる移動過程を含む円形状機械部品の測定方法。

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