JP2022010509A

JP2022010509A - 内径測定装置及び内径測定方法

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Publication number: JP2022010509A
Application number: JP2020111142A
Authority: JP
Inventors: 泰典橋本; Taisuke Hashimoto
Original assignee: A TECH CO Ltd; A-Tech Co Ltd
Current assignee: A TECH CO Ltd; A-Tech Co Ltd
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2040-06-29
Also published as: JP6910668B1

Abstract

【課題】ワークに形成された穴の内径を、高精度かつ短時間で測定することができる内径測定装置を提供する。【解決手段】ワーク２に形成された被測定穴の内径を測定する内径測定装置１を、ワーク２を支持するワーク支持手段１０と、被測定穴の内部に挿入されて、被測定穴の径方向に放射状にエアを噴出するエアノズル２１を有し、エアノズル２１から噴出されるエアの流量又は圧力によって被測定穴の内径を測定するエアマイクロメータ２０と、エアノズル２１を三次元的に移動させるロボットアーム２０と、エアノズル２１とロボットアーム２０との間に介在され、被測定穴の径方向におけるエアノズル２１の変位を許容するフローティングユニット２２とを備えたものとした。これにより、高い測定精度を維持しながら、エアノズル２１を被測定穴の内部に迅速に移動させることができる。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り（１）株式会社Ａ－ｔｅｃｈにおける試験，令和２年５月２６日（２）日産工機株式会社への販売，令和２年６月１４日

本発明は、ワークに形成された穴の内径を測定する内径測定装置と、この内径測定装置を用いた内径測定方法とに関する。

自動車部品等の機械部品には、穴が加工されたものも多く、その穴に高い寸法精度が要求されることも多い。このような実状に鑑みて、これまでには、ワークに形成された穴の内径を測定する種々の装置が提案されている。

例えば、特許文献１の図２等には、機械部品に形成された細穴の内径を測定するための内径非接触測定装置１が記載されている。この内径非接触測定装置１は、同図に示されるように、ワークを固定するテーブル５０と、測定ステーション３２とを備えている。測定ステーション３２には、同文献の図６に示されるように、エアマイクロメータ３６２が設けられている。このエアマイクロメータ３６２のエアノズルを、同文献の図７に示されるように、ワーク８０の穴８４に挿入し、エアノズルから穴８４の径方向（同図の矢印Ｐの方向）にエアを噴出したときのエアの流量や背圧を測定することで、穴８４の内径を判別する。これにより、穴８４の内径を高い精度で判別することが可能になるとされている。

特開平８－１５５７９４号公報

しかし、特許文献１の内径非接触測定装置１には、測定に長時間を要するという欠点があった。というのも、この内径非接触測定装置１では、テーブル５０やエアマイクロメータ３６２のエアノズルを移動させるための手段として、ボールねじ式のリニアガイド（同文献の図２における第一のリニアガイド５１、同文献の図３における第二のリニアガイド５３、リニアガイドレール３１０及びボールネジ３３２を参照。）を採用しているところ、ボールねじは、その機械的な特性上、移動速度が遅いからである。

特に、特許文献１の内径非接触測定装置１においては、移動速度の遅さが問題となりやすい。というのも、同文献の内径非接触測定装置１では、１つのワークの測定が終了し、ワークを別のものに交換する度に、テーブル５０を大きく移動させる必要があるからである。すなわち、同装置においては、同文献の図４に示されるように、テーブル（図４では省略）に積載されたワーク取付ヘッド５３０に対してワーク８０を上側から嵌合して取り付けるようになっている。このため、ワーク交換の際には、ワーク８０を上方に引き抜く必要がある。ところが、同文献の図３に示されるように、テーブル５０の上方には測定ステーション３１，３２，３３が配されている。したがって、ワーク交換の際には、測定ステーション３１，３２，３３が邪魔にならない位置までテーブル５０を大きく移動させる必要がある。

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、ワークに形成された穴の内径を、高精度かつ短時間で測定することができる内径測定装置を提供するものである。

上記課題は、
ワークに形成された穴（以下、「被測定穴」という。）の内径を測定する内径測定装置であって、
ワークを支持するワーク支持手段と、
被測定穴の内部に挿入されて、被測定穴の径方向に放射状にエアを噴出するエアノズルを有し、エアノズルから噴出されるエアの流量又は圧力によって被測定穴の内径を測定するエアマイクロメータと、
エアノズルを三次元的に移動させるロボットアームと、
エアノズルとロボットアームとの間に介在され、被測定穴の径方向におけるエアノズルの変位を許容するフローティングユニットと
を備えたことを特徴とする内径測定装置
を提供することによって解決される。

これにより、ワークに形成された穴の内径を、高精度かつ短時間で測定することができる。すなわち、本発明の内径測定装置においては、エアマイクロメータのエアノズルをロボットアームで移動させるため、ボールねじ式のリニアガイドを用いた場合に比べて短時間でエアノズルを被測定穴の内部に移動させることができる。また、エアノズルを、フローティングユニットを介してロボットアームに取り付けたことによって、エアノズルから放射状に噴出されるエアの圧力によってエアノズルの中心が被測定穴の中心に重なるようにエアノズルの位置が自動的に補正される。このため、ロボットアームによるエアノズルの位置決め精度が低かったとしても、高い精度で測定を行うことが可能になる。

本発明の内径測定装置においては、ロボットアームとして、略水平方向に揺動する第一アームと、第一アームの先端部に接続され、略水平方向に揺動する第二アームと、第二アームの先端部に取り付けられ、略鉛直方向に昇降する昇降体とを備えた水平多関節ロボットを採用すると好ましい。これにより、測定精度をより高めることができる。というのも、被測定穴に対してエアノズルが傾いて挿入される（鉛直方向に対して傾斜して挿入される）と、測定精度が低下するところ、水平多関節ロボットにおける第一アームや第二アームは、略水平方向での移動のみが許容されていて、鉛直方向での動きが拘束されているため、第一アームや第二アームが高精度で水平を維持し、第二アームの先端部に取り付けた昇降体の移動方向を鉛直方向に維持できるからである。水平多関節ロボットは、「ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣｏｍｐｌｉａｎｃｅＡｓｓｅｍｂｌｙＲｏｂｏｔＡｒｍ」と英語表記され、その頭文字を取って「ＳＣＡＲＡロボット」や「スカラロボット」と表記されることもある。

本発明の内径測定装置においては、ワーク支持手段を、ワークに接触しながらも、少なくとも略水平方向におけるワークの変位を許容する状態でワークを支持するものとすると好ましい。従来、被測定穴の内径の測定を行う場合には、ワークを高精度で位置決めすることが技術常識であった。しかし、本発明の発明者は、これとは逆の発想で、ワークの変位を許容した状態で測定を行うことによって、むしろ測定精度を高めることができることを見出した。この点については、後で詳しく説明する。

以上のように、本発明によって、ワークに形成された穴の内径を、高精度かつ短時間で測定することができる内径測定装置を提供することが可能になる。

本発明に係る内径測定装置を示した側面図である。図１の内径測定装置を、同図における破線囲み部Ｐで抜き出して拡大した図であって、エアマイクロメータのエアノズルがワークの被測定穴に挿入される前の状態を示した図である。図１の内径測定装置を、同図における破線囲み部Ｐで抜き出して拡大した図であって、エアマイクロメータのエアノズルがワークの被測定穴に挿入された状態を示した図である。本発明に係る内径測定装置のテーブルにワークを搬入するワーク搬入手段、及び、テーブルからワークを搬出するワーク搬出手段の動作を説明する図である。本発明に係る内径測定装置におけるワーク支持手段の他の例を示した斜視図である。図５のワーク支持手段を、同図におけるＡ－Ａ面で切断した断面図である。

本発明の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図１は、本発明に係る内径測定装置１を示した側面図である。図２及び図３は、図１の内径測定装置１を、同図における破線囲み部Ｐで抜き出して拡大した図である。図２は、エアマイクロメータ２０のエアノズル２１がワーク２の被測定穴２ａに挿入される前の状態を示しており、図３は、エアマイクロメータ２０のエアノズル２１がワーク２の被測定穴２ａに挿入された状態を示している。図２及び図３においては、ワーク２及びテーブル３０を、ワーク２の中心軸を通る平面で切断した断面で示している。各図面に表示しているｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、異なる図面間においても一致させている。以下においては、説明の便宜上、ｚ軸方向正側を「上」、負側を「下」と表現することがある。

本実施態様の内径測定装置１は、円筒状のワーク２に形成された被測定穴２ａ（図２を参照。）の内径Ｄ_１を測定するためのものである。以下においては、この内径Ｄ_１の仕様値が４５ｍｍ程度であるとして説明する。

内径測定装置１は、図１に示すように、ロボットアーム１０と、エアマイクロメータ２０と、テーブル３０（ワーク支持手段）とを備えている。本実施態様の内径測定装置１では、ロボットアーム１０として、シャフト１１と、第一アーム１２と、第一アーム１２の先端部に取り付けられた第二アーム１３と、第二アーム１３の先端部に取り付けられた昇降体１４とを備えた水平多関節ロボット（スカラロボット）を採用している。第一アーム１２は、シャフト１１に対して水平方向（ｚ軸に垂直な方向）に揺動可能となっており、第二アーム１３は、第一アーム１２に対して水平方向に揺動可能となっている。昇降体１４は、第二アーム１３に対して鉛直方向（ｚ軸方向に平行な方向）に昇降移動するようになっている。昇降体１４の先端部には、エアマイクロメータ２０のエアノズル２１が取り付けられている。このように、本実施態様の内径測定装置１においては、エアマイクロメータ２０のエアノズル２１を移動させる手段としてロボットアーム１０を採用しているため、エアノズル２１を高速で３次元的に移動させることができる。

昇降体１４とエアノズル２１との間には、フローティングユニット２２が介在している。これにより、エアノズル２１は、水平方向（ｘ－ｙ平面に平行な方向）への変位が許容された状態となっている。本実施態様においては、±０．２５ｍｍ以内の変位を許容するフローティングユニット２２を採用している。

エアノズル２１は、図２に示すように、円筒形を為しており、その外周部には複数個のエア噴出口２１ａが設けられている。これらのエア噴出口２１ａは、エアノズル２１に放射状に（エアノズル２１の中心軸Ｃ_２の周りに回転対称に）設けられる。エア噴出口２１ａは、通常３個以上とされる。本実施態様においては、９０度の回転対称に配した４個のエア噴出孔２１ａを上下２段に配している。このため、エアノズル２１には計８個のエア噴出口２１ａが設けられている。

テーブル３０は、測定時にワーク２を支持するものである。テーブル３０は、水平方向に略平行な平板状となっている。テーブル３０における、測定時にワーク２が配される位置（以下、「測定位置」という。）には、図２に示すように、貫通孔３１が設けられている。この貫通孔３１は、図３に示すように、エアマイクロメータ２０のエアノズル２１がワーク２の被測定穴２ａに挿入された際に、エアノズル２１がテーブル３０に干渉しないようにするためのものである。貫通孔３１の内径Ｄ_２（図２）は、被測定穴２ａの内径Ｄ_１（図２）よりも１ｍｍ程度大きくなっている。

以下、被測定穴２ａの内径Ｄ_１の測定手順について説明する。測定の開始に際しては、まず、テーブル３０にワーク２を設置する。ワーク２は、後述するワーク搬入手段によって搬入される。このとき、ワーク２は、エアノズル２１に対して高精度で位置決めされていなくともよい。具体的には、被測定穴２ａの中心軸Ｃ_１（図２を参照。）とエアノズル２１の中心軸Ｃ_２とが、±０．１ｍｍ程度の誤差範囲内で一致していれば足りる。この理由は後で説明する。

ワーク２の設置が完了すると、ロボットアーム１０を駆動して、図２に示すように、エアノズル２１をワーク２の上方に移動させる。この移動は、ボールねじを使用した場合に比べて、格段に短時間で行うことができる。続いて、図３に示すように、昇降体１４が下降し、エアノズル２１が被測定穴２ａの内部に挿入される。このとき、被測定穴２ａに対してエアノズル２１が真っ直ぐに挿入されないと、測定精度が低下するところ、本実施態様においては、ロボットアーム１０として水平多関節ロボットを採用しているため、エアノズル２１を鉛直方向に保ったまま挿入することができる。

被測定穴２ａ内にエアノズル２１が挿入されると、エア噴出口２１ａからエアが放射状に噴出され、被測定穴２ａの内径Ｄ_１の測定が開始される。すなわち、それぞれのエア噴出口２１におけるエア流量又はエア背圧が計測され、この計測結果に基づいて被測定穴２ａの内径Ｄ_１が測定される。このとき、被測定穴２ａの中心軸Ｃ_１（図２）とエアノズル２１の中心軸Ｃ_２（図２）との位置がずれていると、内径Ｄ_１を正確に測定することができない。この点、本実施態様においては、フローティングユニット２２によってエアノズル２１が外力による変位を許容した状態となっているところ、エア噴出口２１ａから放射状に噴出されるエアの圧力によってエアノズル２１が自動的に変位して（エアノズル２１の位置が自動的に補正され）、エアノズル２１の中心軸Ｃ_２が被測定穴２ａの中心軸Ｃ_１に高精度で一致するようになっている。このため、前述したようにワーク２の位置決めが低精度であっても、高い繰り返し精度で内径測定を行うことができる。本実施態様の内径測定装置１の繰り返し測定精度は、±０．５μｍ程度となっている。

１つのワーク２の測定が終了すると、図２に示すように、エアノズル２１が上昇することによって被測定穴２ａから退出し、ワーク２が新たなものに交換されて次の測定が行われる。このように、２回目以降の測定を行う際には、エアノズル２１は鉛直方向（ｚ軸方向）に昇降するだけでよく、水平方向（ｘ－ｙ平面方向）へは移動する必要がない。このため、より短時間で多くのワーク２を測定することができる。以上のように、本実施態様の内径測定装置１を用いれば、被測定穴２ａの内径Ｄ_１を高精度かつ短時間で測定することができる。

エアノズル２１を移動させるロボットアーム１０は、ワーク２や被測定穴２ａの形状等によって、適宜好適なものを選択して使用することができる。ロボットアームとしては、回転軸（関節）を１箇所だけ有する単軸ロボットを採用してもよいが、回転軸を２箇所以上有する多関節ロボットを採用すると、より高い自由度でエアノズル２１を移動させることができるため好ましい。多関節ロボットとしては、水平多関節ロボットと垂直多関節ロボットとが知られており、いずれを採用してもよいが、水平多関節ロボットを採用すると、昇降体１４（エアノズル２１）の移動方向を鉛直方向に維持しやすいため好ましい。

水平多関節ロボットを採用する場合には、ボールねじではなくシリンダによって昇降体１４が昇降されるものを選択すると、昇降体１４を短時間で昇降させることができるため好ましい。水平多関節ロボットは、可搬重量がエアマイクロメータ２０のエアノズル２１の１．２倍以上であり、繰り返し位置精度が±２０μｍ以下のものを選択すると好ましい。本実施態様においては、繰り返し位置精度が±１０μｍであるアイエイアイ社製のＩＸＡシリーズを採用している。

ところで、測定の精度を高めるためには、エアノズル２１を被測定穴２ａに対して真っ直ぐに挿入する（すなわち、エアノズル２１の中心軸Ｃ_２（図２）を、被測定穴２ａの中心軸Ｃ_１（図２）に対して平行に保ったままエアノズル２１を下降させる）ことも重要である。フローティングユニット２２は、エアノズル２１の位置を補正するものであり、傾きまで補正するものではない。したがって、エアノズル２１を昇降させる昇降体１４の移動方向と、被測定穴２ａの中心軸Ｃ_１（すなわち、鉛直方向）との角度差は、１度以下とすることが好ましく、０．７度以下とすることがより好ましく、０．５度以下とすることがさらに好ましい。本実施態様においては、昇降体１４の移動方向と、被測定穴２ａの中心軸Ｃ_１との角度差を、０．３度以下としている。

また、エアマイクロメータ２０及びエアノズル２１は、被測定穴２ａの形状や求められる測定精度に合わせて、適宜選択される。本実施態様におけるエアマイクロメータ２０は、東京精密社製の計測速度が２μｍのものを採用している。

ところで、既に述べたように、高い測定精度で内径測定を行う場合には、ワークを高精度で位置決めした状態で（ワークが変位しないようにした状態で）測定を行うことが従来の技術常識であった。しかし、本実施態様の内径測定装置１においては、ワーク２の水平方向における変位を許容した状態で測定を行うようにしている。具体的には、図３に示すように、ワーク２を平板状のテーブル３０の上に置いただけの状態で（治具等でワーク２を固定していない状態で）測定を行う。これにより、被測定穴２ａに挿入されたエアノズル２１のエア噴出口２１ａからエアが噴出された際には、そのエア圧によってエアノズル２１だけでなくワーク２も変位するようになる。すると、フローティングユニット２２によるエアノズル２１の位置補正が不十分であったとしても、ワーク２側が変位することによって、エアノズル２１の中心軸Ｃ_２と被測定穴２ａの中心軸Ｃ_１とを精度高く一致させることができる。したがって、ワーク２を高精度で位置決めした場合よりも、むしろ高い繰り返し精度で測定を行うことができる。

ここで、ワーク２の水平方向への変位を許容することだけを考慮すると、エア圧や磁力等でワーク２をテーブル３０から浮かせる方法を採用することもできる。しかし、この場合には、非常に小さな力でもワーク２が大きく変位するようになってしまい、ワーク２の位置がふらついて安定せず、測定精度が低下するおそれがある。このため、本実施態様においては、ワーク２をテーブル３０（ワーク支持手段）に接触させた状態で測定を行うようにしている。ただし、ワーク２とテーブル３０との摩擦が小さくなるように、テーブル３０の上面を、滑らかな平面に形成している。

本実施態様の内径測定装置１においては、既に述べたように、ワーク２を高精度で位置決めする必要がない。したがって、ワーク２を測定位置に搬入するワーク搬入手段、及び、ワーク２を測定位置から搬出するワーク搬出手段は、位置決め精度の低いものであっても足りる（すなわち、制約が少ない）。以下、本実施態様の内径測定装置１で採用したワーク搬入手段及びワーク搬出手段について、詳しく説明する。

図４は、本発明に係る内径測定装置１のテーブル３０にワーク２を搬入するワーク搬入手段、及び、テーブル３０からワーク２を搬出するワーク搬出手段の動作を説明する図である。図４は、テーブル３０を上方から見た状態を示している。また、図４においては、測定位置にあるワーク２を実線で示しており、搬入途中のワーク２及び搬出途中のワーク２を点線で示している。

本実施態様においては、ワーク搬入手段及びワーク搬出手段として、ベルトコンベア（搬入コンベア４１、良品搬出コンベア４２及び不良品搬出コンベア４３）と、プッシャー４４とを組み合わせたものを採用している。搬入コンベア４１は、ワーク２を搬入するためのものであり、図４に示すように、テーブル３０の一側に隣接して設けられている。良品搬出コンベア４２は、測定後のワーク２のうち、所定の基準を満たしたものを搬出するためのものであり、テーブル３０の他側に隣接して設けられている。不良品搬出コンベア４３は、測定後のワーク２のうち、所定の基準を満たさなかったものを搬出するためのものであり、良品搬出コンベア４２の他側に隣接して設けられている。プッシャー４４は、ワーク２を側方から押して移動させるためのものであり、テーブル３０の一側における搬入コンベア４１よりも外側に設けられている。プッシャー４４は、Ｖ字状に形成された先端部４４ａと、先端部４４ａをワーク２に向かって進退移動させるシリンダ４４ｂとを備えている。

以下、ワーク２を測定位置に搬入する手順について説明する。測定に供されるワーク２は、まず、図４の矢印Ｓ_１で示すように、搬入コンベア４１に乗って測定位置の側方まで搬送されてくる。次に、プッシャー４４の先端部４４ａが、同図の矢印αに示すように、搬入コンベア４１上のワーク２を側方から測定位置に向かって押す。これにより、同図の矢印Ｓ_２で示すように、ワーク２が測定位置へと移動する。本実施態様においては、プッシャー４４の駆動手段としてシリンダ４４ｂを採用しているため、ボールねじ等を採用した場合に比べて、短時間でワーク２を搬入することができる。以上でワーク２の搬入が完了する。

このとき、プッシャー４４の先端部４４ａがＶ字状に形成されていることにより、ワーク２が先端部４４ａに対して毎回同じ位置におさまるため、搬入コンベア４１によるワーク２の搬送位置（図４におけるｙ方向の位置）が測定位置に対して多少ずれていたとしても、ある程度の精度でワーク２を測定位置に配することができる。先端部４４ａの形状は、Ｖ字状に限定されず、測定しようとするワーク２の形状に合わせて、多角形状や、アーチ状や、突起状等としてもよい。

続いて、ワーク２を測定位置から搬出する手順について説明する。測定を終えたワーク２のうち、内径Ｄ_１が基準範囲内であったものは、図４の矢印Ｓ_３に示すように、プッシャー４４によって測定位置から良品搬出コンベア４２上へと押し動かされ、同図の矢印Ｓ_４に示すように、良品搬出コンベア４２に乗って搬送されていく。一方、測定を終えたワーク２のうち、内径Ｄ_１が基準範囲外であったものは、同図の矢印Ｓ_５に示すように、プッシャー４４によって測定位置から不良品搬出コンベア４３上へと押し動かされ、同図の矢印Ｓ_６に示すように、不良品搬出コンベア４３に乗って搬送されていく。以上でワーク２の搬出が完了する。

ところで、ワーク２の搬入及び搬出を行う際には、ワーク２やワーク搬入手段やワーク搬出手段がエアマイクロメータ２０のエアノズル２１と干渉しないようにする必要がある。この点、本実施態様においては、図２に示すように、エアノズル２１を測定位置の上方に上昇させるだけで、ワーク２等がエアノズル２１と干渉しないようにすることができる。換言すると、ワーク２を搬入し、測定し、搬出するという一連の過程において、エアノズル２１はｚ軸方向に昇降するだけで足り、ｘ軸方向やｙ軸方向に移動する必要がない。これにより、エアノズル２１の移動に要する時間をより短くすることができる。また、繰り返し精度をより高めることもできる。

これは、ワーク搬入手段及びワーク搬出手段として、プッシャー４４を採用したことによる効果である。すなわち、プッシャー４４は、エアノズル２１がワーク２に近づいてくる方向（鉛直方向）に垂直な方向（水平方向）の動作によってワーク２を測定位置に搬入出するものであるため、エアノズル２１を測定位置の上方からさらに側方に逃がさなくとも、エアノズル２１に干渉することなくワーク２の搬入出を行うことができる。

ワーク搬入手段は、上記のものに限定されず、ワーク２の形状等に合わせて種々のものを選択することができる。本発明においては、前述したように、ワーク搬入手段に高い精度は求められない。したがって、幅広い選択肢の中からワーク搬入手段を選択することができる。ワーク搬入手段は、例えば、プッシャー４４のほか、移載シリンダや、ロボット（多関節ロボットや、単軸ロボットや、直行ロボット等）や、ピックアンドプレース等であってもよい。ワーク搬出手段も同様の選択肢の中から採用することができる。ワーク搬入手段は、±０．２ｍｍ以下の繰り返し誤差でワークを搬入できるものとすると好ましく、±０．１ｍｍ以下の繰り返し誤差でワークを搬入できるものとするとより好ましい。

以上で説明した本実施態様の内径測定装置１においては、ワーク支持手段としてテーブル３０を採用していた。以下、ワーク支持手段の他の例について説明する。なお、以下で述べる構成以外の構成については、先に説明した内径測定装置１と同様のものを採用することができる。

図５は、本発明に係る内径測定装置１におけるワーク支持手段の他の例を示した斜視図である。図５に示すワーク支持手段５１は、同図に示されるように、被測定穴３ａを挟む位置に一対の穴３ｂを有する略四角柱状のワーク３を支持するためのものである。

図５に示す実施態様においては、ワーク３を支持するワーク支持手段として、板状のパレット５０上に立設されたワーク支持ピン５１を採用している。ワーク支持ピン５１は、２本を一組として、１枚のパレット５０に４組設けられている。ワーク３は、一対の穴３ｂに１組のワーク支持ピン５１をそれぞれ挿入された状態で支持される。すなわち、一枚のパレット５０に、４個のワーク３を積載することができるようになっている。

このワーク３は、パレット５０ごと測定位置へ搬入出される。すなわち、別の場所でワーク３を積載されたパレット５０は、ベルトコンベア等で側方から測定位置へと搬入される。パレット５０（ワーク３）の搬入が完了すると、ロボットアーム１０（図１を参照。）がエアノズル２１を三次元的に移動させて、パレット５０に積載された４個のワーク３の被測定穴３ａを順に測定する。４個のワーク３全ての測定が終了すると、パレット５０ごとワーク３が測定位置から搬出される。これにより、ワーク３を１個ずつ搬入出する場合に比べて、時間を大幅に節約することができる。４個のワーク３の測定に要する時間は、９０秒以内となっている。

図６は、図５のワーク支持手段を、同図におけるＡ－Ａ面で切断した断面図である。ワーク支持ピン５１の長手方向中間部分には、図６に示すように、フランジ５１ａが設けられている。ワーク３は、フランジ５１ａ上に乗った状態で支持される。ワーク支持ピン５１と、穴３ｂとの間には、図６の拡大部分に示すように、隙間が設けられている。換言すると、ワーク支持ピン５１の直径は、穴３ｂの内径よりも小さくなっている。また、フランジ５１ａの上面は、水平方向に略平行で滑らかな平面となっている。この隙間があることと、フランジ５１ａの上面が滑らかな平面状に形成されていることにより、ワーク３は、水平方向における変位が許容された状態でワーク支持ピン５１に支持されている。これにより、ワーク支持手段としてテーブル３０を採用した場合と同様に、より高精度で被測定穴３ａの内径を測定することができる。この隙間の幅Ｗ_１は、通常、０．２ｍｍ以下とされる。図５に示す実施態様においては、幅Ｗ_１を０．１ｍｍ程度としている。

ワーク支持手段は、以上で述べたものに限定されず、ワークの形状等によって適宜選択される。ワーク支持手段としては、テーブル３０（図１を参照。）や、ワーク支持ピン５１（図６を参照。）のほか、カップ状のものや、ワークに形成された凹部に合わせた形状の凸部を有するもの等を採用することができる。

本発明の内径測定装置は、精密測定用の装置として好適に用いることができる。より具体的には、±１０μｍ以下の誤差が要求される精密測定に本発明を用いると、本発明の意義を高めることができるため好ましい。既に述べたように、本発明の内径測定装置は、繰り返し誤差±０．５μｍ程度という非常に高い測定精度を有するものであるため、要求される誤差範囲が±０．５μｍよりも大きい場合であれば好適に用いることができる。すなわち、例えば、±６μｍ以下の誤差が要求される場合や、±４μｍ以下の誤差が要求される場合や、±２μｍ以下の誤差が要求される場合や、±１μｍ以下の誤差が要求される場合にも用いることができる。

１内径測定装置
２ワーク
２ａ被測定穴
３ワーク
３ａ被測定穴
３ｂ穴
１０ロボットアーム
１１シャフト
１２第一アーム
１３第二アーム
１４昇降体
２０エアマイクロメータ
２１エアノズル
２１ａエア噴出口
２２フローティングユニット
３０テーブル（ワーク支持手段）
３１貫通孔
４１搬入コンベア
４２良品搬出コンベア
４３不良品搬出コンベア
４４プッシャー
４４ａ先端部
４４ｂシリンダ
５０パレット
５１ワーク支持ピン（ワーク支持手段）
５１ａフランジ

また、エアマイクロメータ２０及びエアノズル２１は、被測定穴２ａの形状や求められる測定精度に合わせて、適宜選択される。本実施態様におけるエアマイクロメータ２０は、東京精密社製の計測精度が２μｍのものを採用している。

Claims

ワークに形成された穴（以下、「被測定穴」という。）の内径を測定する内径測定装置であって、
ワークを支持するワーク支持手段と、
被測定穴の内部に挿入されて、被測定穴の径方向に放射状にエアを噴出するエアノズルを有し、エアノズルから噴出されるエアの流量又は圧力によって被測定穴の内径を測定するエアマイクロメータと、
エアノズルを三次元的に移動させるロボットアームと、
エアノズルとロボットアームとの間に介在され、被測定穴の径方向におけるエアノズルの変位を許容するフローティングユニットと
を備えたことを特徴とする内径測定装置。
ロボットアームが、
略水平方向に揺動する第一アームと、
第一アームの先端部に接続され、略水平方向に揺動する第二アームと、
第二アームの先端部に取り付けられ、略鉛直方向に昇降する昇降体と
を備えた水平多関節ロボットとされた
請求項１記載の内径測定装置。
ワーク支持手段が、ワークに接触しながらも、少なくとも略水平方向におけるワークの変位を許容する状態でワークを支持するものである請求項１又は２記載の内径測定装置。
請求項１～３いずれか記載の内径測定装置を用いて被測定穴の内径を測定する内径測定方法。