JP2014240814A - 円筒部材用端面平面度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置コストを抑えつつ、誤操作時においても装置や製品を破損しない円筒部材用端面平面度測定装置を提供する。【解決手段】中央下部に上下方向に移動するアクチュエータ３１を備えている。このアクチュエータ３１には、傾斜状のカム３５、３７が設置されており、カム３５、３７の傾斜面がカムフォロア３６、３８を介して、ガイド手段３２と表面検出手段３４を水平方向へ押し出すよう構成されている。更に、ガイド手段３２と表面検出手段３４は、バネの付勢力により中心方向に付勢（図示の付勢手段３３の矢印参照）されているため、カムフォロア３６、３８がカム３５、３７の傾斜面に沿って摺動しながらアクチュエータ３１の上下移動に連動して、拡大・縮小をする。したがって検出対象１０の径が変化しても柔軟に対応して計測することができる。【選択図】図６

Description

本発明は、高圧真空バルブに使用されている絶縁筒のような円筒部材における端面の平面度を測定する装置に関するものである。

図１２は、端面の平面度を測定する対象となる絶縁筒の構成概要を示す図である。当該絶縁筒は、高圧真空遮断器（ＶＣＢ）や高圧真空電磁接触器（ＶＭＣ）における真空バルブに使用されるものである。図１２に示される絶縁筒の上下端面は、真空気密箇所でありスローリークを防止するために高い平面度(0.1mm幅)が必要とされる。

図１３は、現状の円筒部材用端面の平面度を検査する検査方式の概要を示す図である。すなわち、現状では、絶縁筒のような円筒部材を定盤の上に置き、下記特許文献１に示されるような、隙間ゲージを全周に当てながら、合否検査を行っている。したがって、合否検査結果では、平面度が定量化されておらず、製造工程の上流における品質度合いを監視できていないため、品質悪化を招いている。

登録実用新案第３０１４９５２号公報

図１４は、現状の検査方式を踏襲したうえで想定される従来の円筒部材用端面平面度測定装置の構成例を示す図である。
図１４に示されるように、定盤の上においた絶縁筒１１０は、下側端面で最も突出した３点で支持されている。そこで、同様に３箇所のガイド手段を同心円上に配置し、絶縁筒１１０をそこへ水平に設置できるようにする。

ガイド手段と接触していない部分は、ガイド手段の接地面に対して、上下に凹凸していると推定されるため、ガイド手段の間に表面検出手段（接触式センサ、光学距離センサ等）を３箇所以上、配置する。この複数のセンサの出力から最大値と最小値を抽出し、その差から平面度を算出する。

但し、当該検査の工程には、実際には、外径が６５mm〜１４０mmの数機種の絶縁筒が流れてくるため、ガイド手段や表面検出手段の位置を同心円上に同期させて変更する必要がある。

端面支持に３点およびガイド手段の同心円上の配置に３点、つまり支持するのに合計で６軸を同期させて移動するため、単軸アクチュエータを６台準備し、放射状に設置することが考えられるが、装置寸法として単軸アクチュエータを６台設置するのは困難である。更に制御点が多くなることから制御プログラムも含めて、装置コストが高額になるため、現実的でない。

そこで、本発明は、装置コストを抑えつつ、誤操作時においても装置や製品を破損しない円筒部材用端面平面度測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の円筒部材用端面平面度測定装置の一態様は、円筒部材を設置するガイド手段と、下側端面の凹凸を検出する表面検出手段とを、放射状に水平移動可能に構成し、中心方向に向けて、バネで付勢するよう構成する。

更に、中央に上下に駆動するアクチュエータと、該アクチュエータに設置された傾斜上のカムと、ガイド手段や表面検出手段に設置された前記カムを摺動するカムフォロアとを設けることにより、前記アクチュエータが上下に駆動することで、前記カム及びカムフォロアを介して、前記ガイド手段や表面検出手段の位置が全て同期して拡大・縮小するよう構成するものである。

上記課題を解決するために本発明の円筒部材用端面平面度測定装置の別の態様は、円筒部材を設置するガイド手段と、下側端面の凹凸を検出する表面検出手段と、３軸の駆動が可能な３ツ爪アクチュエータの各軸にリンク機構を付加して該アクチュエータのストロークを拡大させるとともに該リンク機構を用いて６軸同期駆動が可能になるよう構成する。

本発明によれば、以下のような効果を得ることができる。
(１)一つのアクチュエータでもって６軸同期制御を行うことが可能となるため、複雑な制御プログラミングを用いることなく、簡略なコントローラだけで操作が可能となる。
(２)端面平面度測定装置の構造が簡略化され、部品点数も少なくなるため、装置コストを安価に抑えることができる。
(３)コントローラの操作パネルに直接平面度が表示されるため、検査合否判断が簡略化される。
(４)アクチュエータを誤操作した場合であっても、ガイド手段が製品に接触するとバネで圧接力を逃すため、製品の破損防止機能(フェールセーフ)が具わっている。

本発明の実施形態に係る円筒部材用端面平面度測定装置の構成概要を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る検出対象設置部の構成概要を示す上面図である。 図２に示す検出対象設置部をさらに拡大して示す構成図（上面図）である。 本発明の実施形態に係るガイド手段の一構成例を示す拡大図である。 本発明の実施形態に係る表面検出手段の一構成例を示す拡大図である。 本発明の実施形態に係るカムフォロワ方式の駆動部の概略構造を示す断面図である。 最大径検査対象測定時のカムフォロワ方式の駆動部の断面構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るガイド手段の位置を中央へ移動する際の駆動部の動きを説明するための図である。 ３ツ爪アクチュエータによる駆動機構を採用して構成した円筒部材用端面平面度測定装置の構成を示す上面斜視図である。 ３ツ爪アクチュエータによる駆動機構を採用して構成した円筒部材用端面平面度測定装置の構成を示す上面図である。 ３ツ爪アクチュエータによる駆動機構を採用して構成した円筒部材用端面平面度測定装置の構成を示す下部及び斜め上部斜視図である。 端面の平面度を測定する対象となる絶縁筒の構成概要を示す図である。 現状の検査方式の概要を説明するため図である。 現状の検査方式を踏襲のうえで想定される従来の円筒部材用端面平面度測定装置の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
［実施形態１］
本発明の第１の実施形態は、高圧真空バルブに使用され、高い平面度(0.1mm幅)が要求される絶縁筒の上下端面の検査工程で使用される円筒部材用端面平面度測定装置に係り、１軸動作するアクチュエータによる６軸同期制御をカム機構を介して実現することで、低コスト化・高機能化をはかるようにしたものである。すなわち、
図１は、本発明の第１の実施形態に係る円筒部材用端面平面度測定装置の構成概要を示す概観斜視図である。図１において、本発明の第１の実施形態に係る円筒部材用端面平面度測定装置は、装置上面に検出対象を設置する検出対象設置部２０、その前面に平面度表示部４０を有する操作パネル、検出対象設置部２０を駆動する駆動部３０、表面検出手段制御部５０、装置電源コントローラ部６０を備えている。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る検出対象設置部の構成概要を示す上面図である。図２における検出対象設置部２０には、３箇所の表面検出手段３４と、３箇所のガイド手段３２と、平面度表示部４０とが示されている。

図３は、図２に示す検出対象設置部をさらに拡大して示す構成図（上面図）である。そして図４は、本発明の第１の実施形態に係るガイド手段の一構成例を示す拡大図である。
図４に示すようにガイド手段３２は、検出対象である円筒部材の下側端面を受ける水平部分と検出対象である円筒部材の円筒側面部とをガイドするＬ字形状に構成されており、このガイド手段３２が図２及び図３に示すように同心円上に１２０度間隔で３箇所設置されている。

また図５は、本発明の第１の実施形態に係る表面検出手段の一構成例を示す拡大図であり、図５に示すように検出対象である円筒部材の下側端面の表面の凹凸を検出するように、垂直方向に高さ検出機能を有する表面検出手段(図示例は接触式センサ)３４が、図２及び図３に示すようにガイド手段３２と同様に同心円上に１２０度間隔で等間隔に３箇所設置されている。

ガイド手段３２及び表面検出手段３４は、スライドレール３７に取り付けられ、図３に示す矢印のように放射状に移動可能となっている。更に、ガイド手段３２及び表面検出手段３４には、図示していないバネの付勢力により中心方向へ付勢されるよう構成されている。

そして、表面検出手段制御部５０は、平面度表示部４０に表面検出手段３４によって検出した平面度を表示する。その際、表面検出手段制御部５０は、マイコン(図示せず)を備え、複数の表面検出手段（接触式センサ、光学距離センサ等）から得られる出力から前記マイコンを用いて最大値と最小値を抽出し、その差から平面度を算出する。

図６は、本発明の第１の実施形態に係るカムフォロワ方式の駆動部の概略構造を示す断面図である。また図７は、最大径検査対象測定時のカムフォロワ方式の駆動部の断面構成を示す図である。図６及び図７に示すように、中央下部に上下方向に移動するアクチュエータ３１を備えている。このアクチュエータ３１には、傾斜状のカム３５が設置されており、カム３５の傾斜面がカムフォロア３６を介して、ガイド手段３２を水平方向へ押し出すよう構成されている。また、アクチュエータ３１には、傾斜状のカム３７が設置されており、カム３７の傾斜面がカムフォロワ３８を介して、表面検出手段３４を水平方向へ押し出すよう構成されている。更に、ガイド手段３２と表面検出手段３４は、バネの付勢力により中心方向に付勢（図示の付勢手段３３の矢印参照）されているため、カムフォロア３６、３８がカム３５、３７の傾斜面に沿って摺動しながらアクチュエータ３１の上下移動に連動して、拡大・縮小をする。したがって検出対象１０の径が変化しても柔軟に対応して計測することができる。

図８は、本発明の第１の実施形態に係るガイド手段の位置を中央へ移動する際の駆動部の動きを説明するための図である。上記図７に示した最大径検査対象を計測するときに比べて図８の検査対象では、外径が小さい検査対象（円筒部材）１０を検出対象設置部２０にセットする場合は、アクチュエータ３１を下降させて、ガイド手段３２と表面検出手段３４の位置を縮小方向へ移動させる。ガイド手段３２と表面検出手段３４はバネの付勢力で縮小するため、アクチュエータ３１の誤操作により、ガイド手段３２が検査対象を三方向から挟み込んでしまっても、ガイド手段３２はアクチュエータ３１と連動せず、アクチュエータ３１のみ下がる。したがって、検査対象１０にはバネの付勢力のみ加わるため破損する恐れは殆ど無いといって良い。

図７及び図８に示したカム３５、３７およびカムフォロワ３６、３８による上下機構に代えて、実施形態２に示すように、ガイド手段と表面検出手段を保持する機構が同期して拡大・縮小する全連動カム機構部を備えるようにしても良い。
［実施形態２］
本発明の第２の実施形態は、本発明の第１の実施形態と同様、高圧真空バルブに使用され、高い平面度(0.1mm幅)が要求される絶縁筒の上下端面の検査工程で使用される円筒部材用端面平面度測定装置として全連動カム機構部を採用したものである。すなわち、円筒部材用端面平面度測定装置を３軸の駆動が可能な３ツ爪アクチュエータの各軸にリンク機構を付加して該アクチュエータのストロークを拡大させるとともに該リンク機構を用いて６軸同期駆動が可能になるよう構成したものである。

当該駆動部分を図９ないし図１１を用いて説明すると、
図９は、３ツ爪アクチュエータによる駆動機構を採用して構成した円筒部材用端面平面度測定装置の構成を示す上面斜視図であり、図１０は、３ツ爪アクチュエータによる駆動機構を採用して構成した円筒部材用端面平面度測定装置の構成を示す上面図であり、さらに、図１１は、３ツ爪アクチュエータによる駆動機構を採用して構成した円筒部材用端面平面度測定装置の構成を示す下部及び斜め上部斜視図である。

図９〜図１１に示されるように、本例の円筒部材用端面平面度測定装置は、ガイド手段１３２を３軸でまた表面検出手段１３４を同じく３軸で、合計６軸を同期駆動するために、一般的に販売されているアクチュエータのうち３ツ爪アクチュエータ１３１による３軸と、これにリンクして駆動するリンク機構１３６を用いることにより６軸を同期駆動するようにしたものである。

なお、リンク機構１３６は、上記３ツ爪アクチュエータ１３１のストロークが高々10数mmしかないことから、この３ツ爪アクチュエータ１３１のストロークを拡大させるものであり、このリンク機構１３６を用いることにより外径が65mm〜140mmの絶縁筒（円筒部材）の端面の平面度測定に対処させることができる。なお、ガイド手段１３２は、上記した本発明の第１の実施形態に係るガイド手段３２と同じである。

以上の第１および第２の実施形態で説明したように、本発明によれば、以下の効果を得ることができる。すなわち、
(１)一つのアクチュエータでもって６軸同期制御を行うことが可能となるため、複雑な制御プログラミングを用いることなく、簡略なコントローラだけで操作が可能となる。
(２)端面平面度測定装置の構造が簡略化され、部品点数も少なくなるため、装置コストを安価に抑えることができる。
(３)コントローラの操作パネルに直接平面度が表示されるため、検査合否判断が簡略化される。

更に、第１の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(４)アクチュエータを誤操作した場合であっても、ガイド手段が製品に接触するとバネで圧接力を逃すため、製品の破損防止機能(フェールセーフ)が具わっている。

１０ 検出対象(測定対象)(高圧絶縁筒等の円筒部材)
２０ 検出対象設置部
３０ (カムフォロワ方式)駆動部
３１、１３１ アクチュエータ
３２、１３２ ガイド手段
３３ 付勢手段
３４、１３４ 表面検出手段
３５、３７ カム
３６、３８ カムフォロワ
３７ スライドレール
４０ 平面度表示部
５０ 表面検出手段制御部
１３６ ６軸同期リンク機構

Claims (6)

1. 高圧真空バルブに使用される絶縁材により形成された円筒状部材にて、円筒端面の凹凸量を測定する円筒部材用端面平面度検査装置において、
   前記円筒状部材の下側端面に接触する水平部分と、前記円筒状部材の円筒側面部に接触する垂直部分を有するＬ字形状のガイド手段と、
   前記円筒状部材の下側端面の表面の凹凸を検出するように、垂直方向に高さ検出機能を構成した表面検出手段と、
   前記ガイド手段を同心円上に等間隔に三箇所設置し、且つ半径方向へ水平移動可能とする手段を有する、ガイド手段保持部と、
   前記ガイド手段保持部が互いに近づく水平移動方向へ力を付与するガイド手段保持部付勢手段と、
   前記表面検出手段を前記ガイド手段と同じ同心円上に等間隔に三箇所以上設置し、且つ前記ガイド手段と交互に配置し、半径方向へ水平移動可能とする手段を有する、表面検出手段保持部と、
   前記表面検出手段保持部が互いに近づく水平移動方向へ力を付与する表面検出手段保持部付勢手段と、
   を備えていることを特徴とする円筒部材用端面平面度検査装置。
2. 上下移動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータに前記ガイド手段保持部の水平移動方向へ拡大するように傾斜面を有する傾斜部材と、
   前記傾斜部材を前記ガイド手段保持部の各方向へ配置したカム機構と、
   前記ガイド手段保持部に、前記傾斜部材の斜面部を摺動するように配置したガイド手段保持部カムフォロアと、
   前記カム機構部が上下駆動することで、前記カム機構がガイド手段保持部カムフォロアを介し、ガイド手段保持部付勢手段に抗って、複数有する前記ガイド手段保持部を同期して拡大・縮小するカム機構部と、
   を備えていることを特徴とする請求項１記載の円筒部材用端面平面度検査装置。
3. 上下移動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータに前記表面検出手段保持部の水平移動方向へ拡大するように傾斜面を有する傾斜部材と、
   前記傾斜部材を前記表面検出手段保持部の各方向へ配置したカム機構と、
   前記表面検出手段保持部に、前記傾斜部材の斜面部を摺動するように配置した表面検出手段保持部カムフォロアと、
   前記カム機構部が上下駆動することで、前記カム機構が表面検出手段保持部カムフォロアを介し、表面検出手段保持部付勢手段に抗って、複数有する前記表面検出手段保持部を同期して拡大・縮小するカム機構部と、
   を備えていることを特徴とする請求項１記載の円筒部材用端面平面度検査装置。
4. 複数有する前記表面検出手段の出力を取り込み、最大値と最小値を抽出してその差分を演算し、表示する機能を有するコントローラを備えていることを特徴とする請求項１記載の円筒部材用端面平面度検査装置。
5. 高圧真空バルブに使用される絶縁材により形成された円筒状部材にて、円筒端面の凹凸量を測定する円筒部材用端面平面度検査装置において、
   前記円筒状部材の下側端面に接触する水平部分と、前記円筒状部材の円筒側面部に接触する垂直部分を有するＬ字形状のガイド手段と、
   前記円筒状部材の下側端面の表面の凹凸を検出するように、垂直方向に高さ検出機能を構成した表面検出手段と、
   前記ガイド手段を同心円上に等間隔に三箇所設置し、且つ半径方向へ水平移動可能とする手段を有する、ガイド手段保持部と、
   前記ガイド手段保持部が互いに近づく水平移動方向へ力を付与するガイド手段保持部付勢手段と、
   前記表面検出手段を前記ガイド手段と同じ同心円上に等間隔に三箇所以上設置し、且つ前記ガイド手段と交互に配置し、半径方向へ水平移動可能とする手段を有する、表面検出手段保持部と、
   前記表面検出手段保持部が互いに近づく水平移動方向へ力を付与する表面検出手段保持部付勢手段と、
   ３軸に配置された前記ガイド手段保持部付勢手段及び前記表面検出手段保持部の駆動が可能な１個のアクチュエータの各軸にリンクして該アクチュエータのストロークを拡大させるリンク機構と、
   を備えていることを特徴とする円筒部材用端面平面度検査装置。
6. 複数有する前記表面検出手段の出力を取り込み、最大値と最小値を抽出してその差分を演算し、表示する機能を有するコントローラを備えていることを特徴とする請求項５記載の円筒部材用端面平面度検査装置。