JP2024018645A - 自動測定装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で使い勝手がよい接触式の測定器を自動化する自動測定装置を提供する。
【解決手段】自動測定装置は、ワークに対して接離するように進退するスピンドルおよびスピンドルの変位を検出する変位検出部を有するマイクロメータと、動力によってスピンドルの進退を自動化する自動操作部と、を備える。
自動操作部は、スピンドルとワークとが接触するようにスピンドルを前進させる第一前進工程と、第一前進工程中にスピンドルとワークとの接触を判定する接触判定工程と、を実行する。接触判定工程は、第一前進工程中に変位検出部によって検出されるスピンドルの位置の変化量が所定の接触判定閾値以下になったときに、スピンドルとワークとが接触状態にあると判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークの寸法を測定するための小型の測定器を用いてワークを自動的に測定する自動測定装置およびその制御方法に関する。

ワークの寸法を測定する測定器（測定工具）としてマイクロメータやノギスが知られている。これら接触式の測定器（測定工具）は、その使い易さ、測定の安定性、比較的安価である等の利点があり、広く利用されている。ただ、ワークと可動要素（スピンドルや測定ジョー）とを適切に密着させ、さらに、常に同じ測定圧を掛けながら測定しなければならないため、どうしても人手による手動測定ということになる。そのため、このような接触式の測定工具による測定には人手と時間が掛かる。

手動測定の代替手段として、生産現場において、エアマイクロメータやレーザースキャンマイクロメータ等の非接触式測定機器を用いるものが提案されている（特開平８－１４８７１）。しかしながら、エアマイクロメータやレーザースキャンマイクロメータは、それ自体が極めて高価であり、また、メンテナンスがやや難しいという問題がある。

特開平１０－８９９０３ 特開２０１９－１００９０４ 特開平８－１４８７１

接触式測定を自動化するにあたって、これまでにもモータ動力を使用するような種々の提案はあるものの広く一般に普及するほど実用化に成功した事例はなかった（特開平１０－８９９０３）。また、三次元測定機（ＣＭＭ）等を利用すれば接触式測定の自動化はもちろんできるが（特開２０１９－１００９０４）、数千万円から数億円の投資が必要なのであり、マイクロメータやノギスで行なっているような測定の代替に採用するのは妥当とは言えない。

本発明の目的は、安価で使い勝手がよい接触式の測定器を自動化する自動測定装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明の自動測定装置の制御方法は、
固定要素に対して変位可能に設けられていてワークに対して接離するように進退する可動要素と、前記可動要素の変位を検出する変位検出部と、を有する測定器と、
動力によって前記可動要素の進退を自動化する自動操作部と、を備え、前記ワークの寸法を測定するための前記測定器を用いて前記ワークを自動的に測定する自動測定装置の制御方法であって、
前記自動操作部は、
前記可動要素と前記ワークとが接触するように前記可動要素を前進させる第一前進工程と、
前記第一前進工程中に前記可動要素と前記ワークとの接触を判定する接触判定工程と、を実行し、
前記接触判定工程は、前記第一前進工程中に前記変位検出部によって検出される前記可動要素の位置の変化量が所定の接触判定閾値以下になったときに、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあると判定する
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態では、
前記自動操作部は、さらに、
前記接触判定工程において、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあることを判定した場合に、予め決められた分だけ前記可動要素を後退させる第一後退工程と、
前記ワークと前記可動要素との間に所定の測定圧が発生するように前記可動要素を再前進させる再前進工程と、を実行する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記自動操作部から前記可動要素に動力が伝達される経路中には、予め設定された負荷が前記可動要素に掛かったときに前記可動要素から前記ワークに対して所定負荷以上の力が掛からないようにする定圧機構が設けられており、
前記第一前進工程中に前記定圧機構が作動することによって前記可動要素の前進が停止したとき、前記変位検出部によって検出される前記可動要素の位置の変化量が前記接触判定閾値以下になり、前記接触判定工程において、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあると判定される
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記接触判定工程において、
前記第一前進工程中に前記変位検出部によって検出される前記可動要素の位置の変化量が前記接触判定閾値以下になることが複数回連続したことを確認したとき、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあると判定する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記ワークの情報に基づくワーク寸法にさらに若干の余裕をもたせた第一目標点が設定されており、
前記第一前進工程は、
前記第一目標点まで前記可動要素を比較的高速で前進させる第一高速前進工程と、
前記第一目標点に到達後に、前記第一高速前進工程よりも低速で前記可動要素を前進させる第一低速前進工程と、を有する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記ワークと前記可動要素とが当接したときに前記測定器に予め設定された所定の測定圧以下の圧力で前記ワークと前記測定器とが相対的な位置および姿勢を変更して前記ワークと前記可動要素との互いの当接面が密接するように前記ワークおよび前記測定器の少なくとも一方を保持する保持部を備え、
前記保持部は、前記第一前進工程中に、前記測定器の測定軸に交差する方向を回転の軸として前記ワークと前記測定器とが相対姿勢を変更することを許容する
ことが好ましい。

本発明の自動測定装置は、
固定要素に対して変位可能に設けられていてワークに対して接離するように進退する可動要素と、
前記可動要素の変位を検出する変位検出部と、を有する測定器と、
動力によって前記可動要素の進退を自動化する自動操作部と、を備え、
前記ワークの寸法を測定するための前記測定器を用いて前記ワークを自動的に測定する自動測定装置であって、
前記自動操作部は、
前記可動要素と前記ワークとが接触するように前記可動要素を前進させる第一前進工程と、
前記第一前進工程中に前記可動要素と前記ワークとの接触を判定する接触判定工程と、
前記接触判定工程において、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあることを判定した場合に、予め決められた分だけ前記可動要素を後退させる第一後退工程と、
前記ワークと前記可動要素との間に所定の測定圧が発生するように前記可動要素を再前進させる再前進工程と、を実行させ、
前記接触判定工程は、前記第一前進工程中に前記変位検出部によって検出される前記可動要素の位置の変化量が所定の接触判定閾値以下になったときに、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあると判定する
ことを特徴とする。

自動測定システムの全体構成図である。 自動マイクロメータ装置の外観図である。 自動マイクロメータ装置の制御機能ブロック図である。 モータ制御ユニットの機能ブロック図である。 自動マイクロメータ装置による測定動作を説明するためのフローチャートである。 自動マイクロメータ装置による測定動作を説明するためのフローチャートである。 基点（原点）設定の様子を例示する図である。 スピンドルが前進する様子を例示する図である。 スピンドルとアンビルとの間にワークを挟持した状態を例示した図である。 複数台の自動測定装置でモータ制御ユニットを共用する構成を例示した図である。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、自動測定システム１００の全体構成図である。
工作機械（例えばＮＣ旋盤）で加工されたワークＷ（例えば部品）がベルトコンベア１１０で運ばれてくる。ワークＷは、前処理用のストッカー１２０に移される。前処理として、エアブローによって脱油や脱塵を施してもよい。前処理されたワークＷは、ロボットアーム１３０によって自動測定装置２００の測定領域内に運ばれる。ロボットアーム１３０は、多関節型のロボットアーム１３０であって、その先端にワークＷを把持するためのロボットハンド１４０と、画像認識用のカメラ１５０と、を有する。ロボットアーム１３０は、画像認識によってワークＷを認識し、ロボットハンド１４０でワークＷを掴み、ワークＷを自動測定装置２００の測定領域に運ぶ。ここでは、ロボットハンド１４０は、ワークＷの向き（姿勢）を予め設定された向き（姿勢）にして測定領域に置き、一旦ワークＷを離すとする。

なお、より簡易なシステムとしては、ワークＷのピックアップや運搬を人が手動で行なってもよい。

このように測定領域に運ばれてきたワークＷは自動測定装置２００によってその寸法が測定される。
自動測定装置２００は、小型の測定器（小型の測定工具）としてのマイクロメータ３００を自動化したものであり、自動マイクロメータ装置と称することとする。
図２は、自動マイクロメータ装置２００の外観図である。
自動マイクロメータ装置２００は、マイクロメータ（測定器）３００と、測定器支持台部４００と、ワーク保持台部４６０と、自動操作部５００と、を備えている。

マイクロメータ３００は、元来、手動で操作する小型の測定器であり、本実施形態のマイクロメータ３００としては、現在市販されているマイクロメータ３００を利用することもできる。
簡単にマイクロメータ３００の構成を説明しておく。
マイクロメータ３００は、Ｕ字形フレーム（固定要素）３１０と、スピンドル（可動要素）３３０と、シンブル部３４０と、変位検出部３５０と、を有する。

Ｕ字形フレーム３１０は、Ｕ字の一端の内側にアンビル３２０を有する。
スピンドル３３０は、Ｕ字形フレーム３１０の他端側に設けられ、アンビル３２０に対して軸方向進退可能に設けられている。スピンドル３３０の一端側端面には、ワークＷに当接するための測定面が設けられている。同じく、アンビル３２０の他端側端面にもワークＷに当接するための測定面が設けられている。測定面は、平坦面に加工され、超硬合金材やセラミックで形成されている。スピンドル３３０は、シンブル部３４０の回転操作によって軸方向進退するように送り移動されるものである。スピンドル３３０が進退する軸線を測定軸とする。

なお、スピンドル３３０の送り方式としては、スピンドル３３０自体が回転する回転送り式と、スピンドル３３０自体は回転しない直動送り式と、がある。回転送り式では、スピンドル３３０自体に雄ネジを設けておいて、Ｕ字形フレーム３１０側に雌ネジを設けておく。シンブルとスピンドル３３０とが一体回転するように両者を係合させておき、シンブルの回転操作によってスピンドル３３０を回転させる。すると、スピンドル３３０がネジ送りによって進退する。直動送り式では、シンブル３４０の内側に送りネジを切っておいて、スピンドル３３０には前記送りネジに係合するピンを設けておく。スピンドル３３０を回り止めした状態でシンブル３４０を回転させると、ピンと送りネジとの係合によってスピンドル３３０が送られる。本実施形態に採用するマイクロメータ３００のタイプとしては、回転送り式でも直動送り式でもよい。

シンブル部３４０は、Ｕ字形フレーム３１０の他端側においてスピンドル３３０の他端に配置されている。シンブル部３４０は、回転操作によってスピンドル３３０を進退させる操作部である。

ここで、本実施形態に採用するマイクロメータ３００としては、シンブル部３４０とスピンドル３３０との間に定圧機構３４１（図３）を有するタイプが好ましい。定圧機構は、予め設定された負荷がスピンドル３３０に掛かったときに、シンブルとスピンドル３３０との係合を解除してシンブルをスピンドル３３０に対して空転させる（滑らせる）ものである。測定時に定圧機構を常に同じように適正に作動させることにより測定時の測定圧を一定にし、測定精度（繰り返し精度）を高く保つことができる。定圧機構は市販のマイクロメータ３００にも組み込まれており、特許３１１５５５５、特許３７２４９９５、特許５４２６４５９、特許５２７０２２３にも開示されている。定圧機構としては、シンブルとスピンドル３３０との間に所定負荷以上の力が掛かったときに滑りが生じるようにしたラチェット機構や、シンブルの外スリーブと内スリーブとの間に所定負荷以上で滑りが生じるように介装した板バネ等で構成できる。

マイクロメータに限らず、ノギスでも定圧機構を有するものが知られており、サムローラとスライダとの間に定圧機構（ラチェット機構）を備えたものが知られている（特許６８５７０９０，特許６５５９８４８，特許５０９５１５５）。

さらに、本実施形態に採用するマイクロメータ３００としては、スピンドル３３０にかかる負荷を検出する測定圧検出機構を有していてもよい。例えば、特許３７５１５４０、特許４８０６５４５、特開２０１９－１９０９１６に測定圧検出機構が開示されている。測定圧検出機構としては、歪みゲージ等でスピンドル３３０にかかる負荷を直接または間接的に検出してもよいし、前記定圧機構が作動したことでスピンドル３３０に掛かる負荷が所定値になったことを検出するようにしてもよい。測定圧検出機構は、所定測定圧を検出したときには信号（測定圧信号）を出力する。例えば、変位検出部３５０は、測定圧検出機構で所定測定圧が検出されたことを受けて、測定値（変位量）のサンプリング（ラッチ）を行なうようにしてもよい。

なお、本実施形態では、定圧機構が確実に作動するように可動要素（スピンドル）の進退制御を行うこととしており、後述の測定圧印加工程（ＳＴ１７３）によって定圧機構３４１を作動させて適切に測定圧が掛かったと判断したところで測定値をサンプリングするとしている。したがって、本実施形態の場合は、測定圧検出機構はあってもよいし、無くてもよい。

変位検出部３５０は、スピンドル３３０の変位量（あるいは位置）を検出する。変位検出部３５０は、ロータリエンコーダやリニアエンコーダによって構成される。

なお、変位検出部３５０としては、エンコーダではなく、アナログ式（目盛式）でもよい。この場合、自動化するにあたっては、目盛をデジタルカメラ等で読み取って、画像解析（画像認識）で測定値を読み取るようにしてもよい。この場合、アナログ式目盛、デジタルカメラおよび画像認識部（画像解析部）によって変位検出部が構成されているとしてもよい。

さらに、Ｕ字形フレーム３１０のおもて面には測定値を表示する表示パネル部３１１や操作用のスイッチが設けられている。また、Ｕ字形フレーム３１０内に内蔵された電気回路部の機能として、有線または無線通信で測定値を外部出力する測定値出力機能が搭載されている。

次に、測定器支持台部４００を説明する。測定器支持台部４００は、基枠体４１０と、測定器保持部４２０と、を有する。

基枠体４１０は、全体的には矩形の枠体である。説明のために図２中に示すように互いに直交するＸＹＺの座標軸をとる。基枠体４１０を構成する４辺のうち、Ｘ軸方向に平行な二辺を第１長辺部４１１と第２長辺部４１２とし、Ｙ軸方向に平行な二辺を第１短辺部４１３と第２短辺部４１４とする。

第１、第２長辺部４１１、４１２および第１、第２短辺部４１３、４１４は、長さを調整できるように伸縮可能になっているとよい。これにより、マイクロメータ３００やワークＷのサイズに応じて基枠体４１０の大きさを調整できる。

第１長辺部４１１には測定器保持部４２０が設置され、第２短辺部４１４には自動操作部５００が設置され、第２長辺部４１２にはワーク保持台部４６０が設置される。このとき、測定器保持部４２０の設置位置をＸ軸方向に沿って調整できるように第１長辺部４１１はレールを有している。同じく、自動操作部５００の設置位置をＹ軸方向に沿って調整できるように第２短辺部４１４はレールを有している。ワーク保持台部４６０の設置位置をＸ軸方向に沿って調整できるように第２長辺部４１２はレールを有している。

測定器保持部４２０は、第１長辺部４１１に固定的に取り付けられている。測定器保持部４２０は、押え板である。押え板は、マイクロメータ（測定器）３００を基枠体４１０に取り付けるように第１長辺部４１１と押え板との間にマイクロメータ（測定器）３００のＵ字形フレーム（固定要素）３１０を挟み込む。マイクロメータ３００の向きとしては、スピンドル３３０の進退方向（軸方向）がＸ軸と平行、Ｕ字形フレーム３１０の一端側（アンビル３２０側）が第１短辺部４１３側、Ｕ字形フレーム３１０の他端側（シンブル側）が第２短辺部４１４側、であるとする。

次に、ワーク保持台部４６０を説明する。ワーク保持台部４６０は、マイクロメータ（測定器）３００の測定領域に測定対象であるワークＷを保持する。ワーク保持台部４６０は、支持支柱４６１と、ワーク載置板４６２と、を有する。支持支柱４６１は、第１長辺部４１１に取り付けられている。ワーク載置板４６２は、ＸＹ面に平行な面を有するＬ形の板体であって、支持支柱４６１に固定されている。ワーク保持台部４６０で保持したワークＷがマイクロメータ（測定器）３００の測定領域に入るように、支持支柱４６１の位置を第２長辺部４１２に沿って調整し、さらに、ワークＷの測定対象箇所（測定対象部位）がアンビル３２０とスピンドル３３０とに挟まれるようにワーク載置板４６２の高さ（Ｚ軸方向位置）を調整するとよい。

ワーク載置板４６２のワークＷを載せる面は、平坦面であるからこの載置面に載せられて保持されているワークＷはスピンドル３３０から押されると容易にその位置および姿勢を変更する。つまり、ワークＷにスピンドル３３０が当たると、ワークＷはアンビル３２０側に向けて押され、載置面上を滑ってアンビル３２０に当たるところまで移動する。そして、ワークＷがアンビル３２０と当たるとワークＷの移動は規制されるから、ワークＷはアンビル３２０とスピンドル３３０とで挟み込まれる。このとき、アンビル３２０の測定面とワークＷの接触面とが密着し、かつ、スピンドル３３０の測定面とワークＷの接触面とが密着するようにワークＷはその姿勢を変更する。このようにワークＷが固定されず、載置面上である程度は動きを許容されるようになっていることで、アンビル３２０とスピンドル３３０とでワークＷの測定対象部位を隙間無くピッタリ挟み込むことができるようになっている。

ワーク載置板４６２の載置面は、摩擦が小さすぎると、ロボットハンド１４０や人の手でワークＷを載置したときにワークＷが滑って落下したり、載置したときの向きや姿勢からずれてしまったりすることが懸念されるので、ワークＷとの間にある程度の摩擦を生むように凹凸加工されているとよい。ワークＷが載置面に載った状態において、設定された測定圧以下の力（１Ｎ～５Ｎ程度）がワークＷに作用したとき、ワークＷがその位置および姿勢を変えられるようになっているとよい。

自動操作部５００について説明する。
自動操作部５００は、モータ（駆動機器）５２０の動力によってスピンドル３３０（可動要素）の進退を自動制御する。自動操作部５００は、モータハウジング５１０と、モータ５２０と、動力伝達部５３０と、モータ制御ユニット（駆動制御ユニット）６００と、を備える。

モータハウジング５１０は、モータ５２０とモータ制御ユニット６００とを収納している。モータハウジング５１０は、マイクロメータ３００のスピンドル３３０（あるいはシンブル部３４０）の中心線の延長線上に配置されている。つまり、自動操作部５００は、モータ５２０の回転子の回転軸がスピンドル３３０（あるいはシンブル部３４０）の中心軸（測定軸）と同一直線上となるように設置されている。必要に応じて、モータハウジング５１０の位置を第２短辺部４１４のレールに沿って移動させて位置を調整するとよい。

モータ５２０としては、回転子の回転を出力軸に取り出す通常の電動モータでよい。ただし、モータ５２０は、制御パルスで正回転および逆回転の回転角（回転数）をある程度制御できることが好ましい。また、モータ５２０は、トルク検出機能を有していてもよい。（モータのトルク検出自体は、印加電流（印加電圧）の増減からトルクを求めるなど種々の方式が知られている。）モータとしては、ステッピングモータを採用できる。（もちろんサーボモータや同期モータでもよいのであってモータ５２０の構造や駆動方式は特段限定されない。）

動力伝達部５３０は、シンブル部３４０に外嵌する固着環５３１と、モータ５２０の回転子の回転軸と同期して回転するように設けられた回転板５３２と、固着環５３１と回転板５３２とを繋ぐ伝達リンク棒５３３と、を備える。伝達リンク棒５３３は、その一端が固着環５３１に固定され、他端が回転板５３２に固定されている。伝達リンク棒５３３は、スピンドル３３０の中心軸（測定軸）と平行である。回転板５３２がモータ５２０によって回転すると、その回転は伝達リンク棒５３３によって固着環５３１に伝達され、固着環５３１が回転板５３２と同期して回転する。

モータ制御ユニット６００は、モータ５２０の回転駆動を制御して、スピンドル３３０の進退を制御する。
具体的には、モータ制御ユニット６００は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を有するコンピュータで構成される演算装置および記憶装置と、駆動信号（電圧信号または電流信号）を生成してモータに印加するモータ駆動回路と、を有するものである。
図３は、本実施形態の制御機能ブロック図である。
モータ制御ユニット６００は、駆動指令によってモータ５２０を駆動して測定器の可動要素（スピンドル）を進退させ、さらに、変位検出部３５０で検出される可動要素（スピンドル）の現在位置データＰｃを取得する。
変位検出部３５０からモータ制御ユニット６００に可動要素（スピンドル）の現在位置データＰｃを伝送する経路については、図２中に明示しないが、デジタル式のマイクロメータ（測定器）３００は測定値を有線または無線通信で外部出力する機能（たとえば出力ポートあるいは送信部）を有するので、出力ポートあるいは送信部とモータ制御ユニット６００とを直接に接続してもよい、あるいは、マイクロメータ（測定器）３００の測定値を収集する測定値データ収集部が別途に設けられている場合は、このような測定値データ収集部を介してモータ制御ユニット６００と変位検出部３５０とが間接的に通信接続されていてもよい。

図４は、モータ制御ユニット６００の機能ブロック図である。
モータ制御ユニット６００は、設定記憶部６１０と駆動指令生成部６２０とから構成され、設定記憶部６１０の中に基点記憶部６１１、第一目標点記憶部６１２、接触判定閾値Ｔｈｃ、接触判定回数Ｎなどが設定され、記憶保存されている。モータ制御ユニット６００の機能は、動作説明のなかで合わせて説明する。

測定動作を開始する前に、オペレータ（ユーザ）によって事前準備が行われる。
第一の事前準備としては、測定器（マイクロメータ３００）の校正と基点（原点）設定である。本実施形態の測定器はマイクロメータなので図７のように、スピンドル３３０がアンビル３２０に所定測定圧で突き当たったときのスピンドル３３０の位置を原点（基点）とする。この状態で測定器（マイクロメータ３００）が内蔵する変位検出部（例えばエンコーダ）３５０のカウンタをゼロにリセットしてもよい。この場合、モータ制御ユニット６００の基点記憶部６１１には基点（原点）としてゼロが設定される。あるいは、スピンドル３３０がアンビル３２０に所定測定圧で突き当たったときのスピンドル３３０の位置を表すカウンタ値を基点記憶部６１１に原点（基点）として記憶させてもよい。

次に、ワークの情報（設計データ等）から寸法が分かっている場合は、ワーク寸法に基づく第一目標点Ｐｔ１を第一目標点記憶部６１２に設定する。自動測定装置２００が使用される場面としては、工作機械（例えばＮＣ旋盤）で加工されたワークＷ（例えば部品）が設計寸法通りか、公差範囲内に入っているか、の検査が考えられる。ワークの設計データからワーク寸法および公差がわかるので、可動要素（スピンドル３３０）をワークの直前まで高速で送るため、ワーク寸法にさらに若干の余裕をもたせた第一目標点を設定する。ワーク設計寸法が２０ｍｍで公差が０．５ｍｍだとすれば、ワーク寸法に公差を足し、さらに、スピンドルが高速でワークに押し込まれることを予防するための余裕として例えば０．５ｍｍの余裕見て、第一目標点を２１ｍｍに設定してもよい。もちろん、第一目標点はワークよりももっと手前に設定されてもよいが、測定効率（測定時間短縮）、タクトタイムを考えると、余裕をもたせすぎない方がよい。

接触判定閾値Ｔｈｃは、接触判定工程（ＳＴ１５０）で使用される閾値である。この点は後述する。

（動作説明）
自動マイクロメータ装置２００の動作を説明する。
図５、図６は、自動マイクロメータ装置２００による測定動作を説明するためのフローチャートである。
ロボットアーム１３０によってワークＷがワーク載置板４６２にセットされたことを検知すると（ＳＴ１１０：ＹＥＳ）、モータ制御ユニット６００は、予め設定された（プログラムされた）モータ駆動制御を実行する。まず、モータ制御ユニット６００（駆動指令生成部６２０）は、モータ５２０を比較的高速で正回転させてスピンドル３３０をアンビル３２０に向けて前進させる（第一高速前進工程（ＳＴ１２０））。第一高速前進工程（ＳＴ１２０）のモータ５２０の回転速さは１８０ｒｐｍである。（あるいは１００ｒｐｍ～２００ｒｐｍ程度である。）図８は、スピンドル３３０が前進する様子を例示する図である。

図８において、ワークが第一目標点からはみ出ていたり、ワークが若干斜めにおかれたり（図８中の点線）しているが、このようなことはロボットハンドで次々にワークをワーク載置板４６２にセット（載置）していくときには起こり得ることである。第一目標点よりもワークがはみ出ることも有り得るが、ワーク載置板４６２は測定圧以下の力でワークが位置変更することを許容し、さらに、スピンドルおよびアンビルの測定面に押されてワークが回転する姿勢変更も許容するから、スピンドルが第一目標点よりも手前でワークに接触することがあってもワークが損傷することはない。

第一高速前進工程（ＳＴ１２０）において、駆動指令生成部６２０は、第一目標点Ｐｔ１と、変位検出部３５０からフィードバックされてくるスピンドル３３０の現位置データＰｃと、を対比し、スピンドルの現位置Ｐｃが第一目標点Ｐｔ１に達するまでスピンドルを高速（粗動）で前進させるようにモータ５２０に駆動指令を与える。スピンドル３３０の現位置Ｐｃが第一目標点Ｐｔ１に達したら（ＳＴ１３０：ＹＥＳ）、駆動指令生成部６２０は、スピンドル３３０の移動モードを高速（粗動）から低速（微動）に切り替える（ＳＴ１４０）。
第一低速前進工程（ＳＴ１４０）において、低速（微動）とは、例えば、９ｒｐｍである。スピンドル３３０の１回転あたりの変位が例えば０．５ｍｍだとすると、低速（微動）前進は、４．５ｍｍ／分（０．０７５ｍｍ／秒）に相当する。

なお、第一高速前進工程ＳＴ１２０と第一低速前進工程ＳＴ１４０とにより、可動要素（スピンドル）とワークとが接触するように可動要素（スピンドル）を前進させる第一前進工程が構成される。

第一低速前進工程（ＳＴ１４０）において、駆動指令生成部６２０は、スピンドル３３０が低速で前進するようにモータ５２０に駆動指令を与える。そして、駆動指令生成部６２０は、第一低速前進工程（ＳＴ１４０）中において、変位検出部３５０からフィードバックされてくるスピンドル３３０の現在位置データＰｃと、ひとつ前の制御サイクルにおけるスピンドル３００の位置データＰｄと、の差分Ｄ（＝｜Ｐｄ－Ｐｃ｜）を求め、この差分Ｄと、接触判定閾値Ｔｈｃと、を対比する。
ここで、接触判定閾値Ｔｈｃは、可動要素（スピンドル）がワークに接触したかどうかを判定する閾値である。接触判定閾値Ｔｈｃは、モータ制御ユニット６００の設定記憶部６１０に予め設定されている。一回の制御サイクル（あるいは位置情報のサンプリング周期時間、あるいは、接触判定の周期時間，と言い換えてもよい）での可動要素（スピンドル）の変位量Ｄが接触判定閾値Ｔｈｃ以下（接触判定閾値Ｔｈｃ≧差分Ｄ（＝｜Ｐｄ－Ｐｃ｜））となることが連続で所定回数生じたとき、駆動指令生成部６２０は、可動要素（スピンドル）がワークに接触したと判定する。

スピンドルが前進していって図９に例示のように、スピンドル３３０とアンビル３２０との間にワークＷを挟持した状態になったとする。この状態からさらにスピンドル３３０を前進させようとすると、ワークＷとスピンドル３３０との接触圧が高まり、スピンドル３３０に反力がかかる。すると、定圧機構３４１が作動し、モータ５２０からの動力がスピンドル３３０に伝達されなくなるので、スピンドル３３０の前進は止まる。
従って、前記の差分Ｄ（＝｜Ｐｄ－Ｐｃ｜）が接触判定閾値Ｔｈｃ以下（接触判定閾値Ｔｈｃ≧差分Ｄ（＝｜Ｐｄ－Ｐｃ｜））であることを判定し（ＳＴ１５１：ＹＥＳ）、それがＮ回（例えば４回）連続で確認できたとき（ＳＴ１５２）、駆動指令生成部６２０は、スピンドル３３０とワークＷとが接触したと判定する（ＳＴ１５３）。

接触判定閾値Ｔｈｃは、例えば、０．００１ｍｍとする。接触判定閾値Ｔｈｃが大きすぎると、定圧機構の作動前（スピンドルとワークとが確実に接触する前）にスピンドルとワークとの接触を誤検出してしまう恐れがある。一方、接触判定閾値Ｔｈｃが小さすぎると（極端にいうとゼロの場合）、いつまでもスピンドルとワークとの接触を検知できないことになる恐れがある。（本発明では接触判定閾値Ｔｈｃをゼロに設定することを否定はしない。）本実施形態では、最小表示値が０．０００１ｍｍであり、変位検出器の検出分解能として０．０００１ｍｍまで保証できるので、接触判定閾値Ｔｈｃを０．０００１ｍｍに設定することもできる。

接触判定回数Ｎは、設定記憶部６１０に予め設定されている。接触判定回数Ｎは、例えば、１以上の自然数である。

接触判定回数Ｎは、例えば、４回とする。接触判定回数Ｎが大きすぎると、接触判定までに時間が掛かる。一方、接触判定回数Ｎが小さすぎると、接触の誤判定が増える。接触判定閾値Ｔｈｃ及び接触判定回数Ｎは、定圧機構の作動によってスピンドル（可動要素）の前進が停止していることが判定できる適切な値を設定すればよく、ワークのサイズや寸法や公差、測定器の精度（最小表示量）、タクトタイム及び誤検知防止の観点から適切な値を設定する。
なお、ここでは連続でＮ回（４回）としたが、連続でなくてもＮ回（４回）ＳＴ１５１の接触判定でＹＥＳなら、接触したと判定するとしてもよい。

駆動指令生成部６２０は、スピンドル３３０とワークＷとが接触したと判定したら（ＳＴ１５３）、即座にモータ５２０を比較的高速で所定回転数だけ逆回転させてスピンドル３３０を後退させる（第一後退工程ＳＴ１６０）。逆回転の回転速さは１８０ｒｐｍである。また、逆回転の回転数は例えば０．５回転である。なお、この回転速さ（１８０ｒｐｍ）は例示であって、前進時（ＳＴ１２０）の回転速さと逆転時の回転速さ（ＳＴ１６０）とは同じでもよいし、異なっていてもよい。

ここでは、「停止」や「減速」ではなく、比較的高速の逆回転でスピンドル３３０を一旦後退させるのがよい。
これにより、スピンドル３３０がワークＷに食い込むのを確実に回避する。単なる停止よりも一旦後退させる制御信号を送った方が食い込みを確実に回避できる。また、第一前進工程（ＳＴ１４０）によって定圧機構３４１が作動するようにスピンドル３３０をワークＷに当接させた状態になっているが、スピンドル３３０とワークＷとの接触圧が正しい測定圧になっているとは限らず、スピンドル３３０が押し込み過ぎになっていたり、逆に当接が弱かったりする可能性がある。これは、第一低速前進工程（ＳＴ１４０）によるスピンドル３３０の前進は、スピンドル３３０をワークＷに接触させることだけでなく、ワークＷの位置や姿勢を調整することも兼ねているためでもある。したがって、スピンドル３３０とワークＷとの最初の接触では、スピンドルとワークとの接触面が正しく密接していない可能性もあるし、押し込み過ぎになっている可能性もある。この後の工程で測定圧を発生させる際に再度定圧機構を作動させることになるが、ワークの位置または姿勢を正しく調整し、かつ、正しい測定圧を発生するためには、まずは一旦スピンドルとワークとの接触を解除し（または弱め）、その上で、スピンドル３３０を常に同じ速度で前進させながら定圧機構を作動させる。これにより、ワークＷに測定圧を掛ける動作を常に同じにでき、安定した自動測定が可能となる。そこで、第一後退工程（ＳＴ１６０）として、一旦スピンドル３３０を後退させ、スピンドル３３０の作動距離を確保する。

次に、比較的低速でモータ５２０を正回転させてスピンドル３３０をアンビル３２０に向けて前進させる（ＳＴ１７１、ＳＴ１７２）。第二低速前進工程（ＳＴ１７１）として、比較的低速でモータ５２０を正回転させる。その回転数は、先に後退（ＳＴ１６０）した分と同じだけの回転数である。ここでは、９ｒｐｍで０．５回転とする。これでワークＷをゆっくりと押しながらワークＷとアンビル３２０との接触およびワークＷとスピンドル３３０との接触を確実にする。

続けて、測定面接触工程（ＳＴ１７２）として、比較的低速でモータ５２０を正回転させる（ＳＴ１７２）。その回転数は、例えば、ワークＷがアンビル３２０とスピンドル３３０に接触してから定圧機構３４１が作動するまでに相当するシンブル回転量（スピンドル３３０回転量）に相当するものとする。ここでは、９ｒｐｍで０．５回転とする。（これはＳＴ１７１と同じであるが、回転速度や回転数は適宜変更してもよい。）ここで、一度、ゆっくりと定圧機構３４１を作動させることにより、ワークＷとアンビル３２０との接触面、および、ワークＷとスピンドル３３０との接触面を確実になじませる（密接させる）。

いま、この状態でアンビル３２０とスピンドル３３０との間にワークＷをしっかりと挟んでいる。そこで、測定圧印加工程（ＳＴ１７３）として、比較的高速でモータ５２０を順方向（正方向）に回転駆動させる。例えば、１８０ｒｐｍで３回転させる。このとき定圧機構３４１が再度作動し、所定の測定圧がかかる。

なお、本ステップ（ＳＴ１７３）のモータ回転速さはもっと高速にしてもよい（例えば１５０ｒｐｍ－２５０ｒｐｍ）。前ステップ（ＳＴ１７２）でなじませが完了しており、スピンドル３３０（アンビル３２０）とワークＷとの接触面がしっかりなじんでいる。したがって、スピンドル３３０（アンビル３２０）とワークＷとの食い込みは発生しにくいと考えられる。また、本ステップ（ＳＴ１７３）の回転数は、定圧機構３４１を作動させるのに必要な回転数であり、１．５回転～３．５回転程度でよく、これは使用するマイクロメータの（定圧機構の）仕様にもよる。

マイクロメータ３００は、測定圧印加工程（ＳＴ１７３）で定圧機構３４１が作動したら（あるいは、測定圧印加工程（ＳＴ１７３）で定圧機構３４１が作動した瞬間に）、測定値をサンプリングする（ＳＴ１８０）。サンプリングした測定値（測定データ）は、有線あるいは無線通信で外部出力され、測定データは外部のＰＣ（パソコン）やデータ処理装置で収集され処理される。

ここで、第二低速前進工程（ＳＴ１７１）および測定面接触工程（ＳＴ１７２）が再前進工程に相当すると解釈されてもよいし、第二低速前進工程（ＳＴ１７１），測定面接触工程（ＳＴ１７２）および測定圧印加工程（ＳＴ１７３）が再前進工程に相当すると解釈されてもよい。

ここまでで１つの測定値を取得できたので、モータ制御ユニット６００（駆動指令生成部６２０）はモータ５２０を比較的高速で逆回転させて、スピンドル３３０を後退させる（第二後退工程ＳＴ１９０）。この測定動作をワークＷを交換しながら、終了条件を満たす（ＳＴ１９１：ＹＥＳ）まで続ける。

このような本実施形態の自動測定システム１００によれば、ワークＷの測定作業がほぼ自動化される。本実施形態の自動マイクロメータ装置２００は、接触式の小型の測定器（小型の測定工具）であるマイクロメータ３００を自動化するものである。マイクロメータ３００は一般的な工場には既にあると期待できるものなので、測定器支持台部４００と、ワーク保持台部４６０と、自動操作部５００と、を用意するだけでマイクロメータ３００の自動化を実現できる。すなわち、自動測定の導入に要する費用を極めて低廉にすることができ、人手不足の解消に資するところ大である。

マイクロメータ３００は接触式であるので、測定安定性が極めて高い。また、マイクロメータ３００の歴史は長く、世の中にも広く普及しており、測定作業者にとって最も馴染みがある測定器といってもよい。したがって、作業者はマイクロメータ３００の校正作業など必要な取り扱いに十分に習熟しており、改めて難しい作業手順を覚えたり、訓練したりする必要はほぼない。

これまでにも自動測定装置は種々提案されてきたが、その多くは非接触式の測定工具を用いるものであった。例えば、エアマイクロメータやレーザースキャンマイクロメータ等を用いるものが多かった。しかし、このような非接触式測定機器は極めて高価であり、また、メンテナンスがやや難しい。この点、マイクロメータ３００を自動化できる本実施形態の自動マイクロメータ装置２００は安価でかつ扱いやすいという利点がある。

これまで接触式の小型の測定器（小型の測定工具）の代表であるマイクロメータ３００の自動化が難しかった理由の１つは、ワークＷを両側から正しく挟んで接触面（測定面）をなじませることが難しかった点にある。この点、本実施形態では、ワークＷとマイクロメータ３００とは相対位置を固定せず、測定圧以下の力で位置および姿勢を変更できるようにしている。

また、マイクロメータ３００に備わっている定圧機構と、変位検出部（例えばエンコーダ）の位置検出と、を総合的に利用し、スピンドル３３０の前進と後退を数段階で行なうようにしている。特に、最初にスピンドルとワークとが接触したかを判定する接触判定工程（ＳＴ１５０）において、変位検出部からフィードバックされる位置データを用い、定圧機構の作動によってスピンドルが停止しているかどうかを判定することとしている。例えば、モータトルク（あるいはモータ電流）の増減に基づいてスピンドルがワークに接触したことを検知することもできるが、モータは個体差が大きいため、一つ一つのモータごと（自動測定装置ごと）に接触判定の閾値を調整する必要がある。また、モータは通常通り駆動しているときにも電流はある程度増減するし、動き始めや方向の切替えのときにモータトルク（モータ電流）が大きくなることもある。
したがって、モータトルク（あるいはモータ電流）で接触を検知するためには、閾値を精妙に調整する手間が生じる。また、閾値の設定がよくないと、スピンドルとワークとの接触を誤判定してワークより手前でスピンドルがバックしてしまったり、いつまでも接触を検知しない、といった誤動作が生じる懸念もある。この点、マイクロメータ（測定器）の変位検出器は測定前に校正されるので、スピンドルの位置データに測定器ごとの個体差はなく、接触検知のための閾値設定を個々の測定器ごとに現物合わせで調整するような手間はない。極端にいうと、メーカ出荷時のデフォルトの設定（例えば予め用意されたモータ駆動制御プログラム）をそのまま使用すればよい。

これにより、図１０に例示のように、モータ制御ユニットを多チャンネルにし、複数台の自動測定装置でモータ制御ユニット（駆動制御ユニット）を共用するような構成にすることも簡単にできるようになる。

本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態ではワークＷの外形寸法をマイクロメータで測定したが、内径測定器やノギスにより内径あるいは外径を自動測定するように構成してもよい。
上記実施形態ではワークＷをワーク載置板４６２に載置するとしたが、ワークＷがグリップ（把持）されていてもよい。この場合、ワーク把持手段が例えば平行板バネのような平行移動を許容するフローティング継手を介してワーク保持台部４６０に取り付けられて支持されていてもよい。あるいは、ワーク把持手段がロボットアームであってもよい。（この場合、ワーク把持手段であるロボットアームまたはロボットハンドが平行板バネのような平行移動を許容するフローティング継手を有していてもよい。）もちろん、測定器支持台部４００の方が平行移動を許容するようになっていてもよいのであり、この場合、測定器保持部４２０の方がフローティング継手を介して基枠体４１０に取り付けられていてもよい。許容すべき平行移動方向は、少なくとも、スピンドル３３０の進退方向（スピンドル３３０の軸方向）と平行な方向である。スピンドル（アンビル）とワークとの接触面がなじむためにわずかに回転の自由度も必要になるような場合には、回転軸を持たせてもよいし、例えば板バネの弾性等で向き（姿勢）の変更を許容するようにしてもよい。

上記実施形態の動作例としては、ワークＷを測定する動作を例にしたが、基点の設定や、ゲージブロックを使用した校正も同じ動作で行えることはもちろんである。

ワークの情報（ワーク寸法）が予め分かっている場合は、第一目標点Ｐｔ１を設定して第一高速前進工程（ＳＴ１２０）を実行するのが好ましいが、ワーク寸法が分かっていない場合は、第一目標点Ｐｔ１に基づく第一高速前進工程（ＳＴ１２０）は実施しないで、第一前進工程は、第一低速前進工程（ＳＴ１４０）からスタートすればよい。

上記実施形態では、接触判定（ＳＴ１５３）後に一度後退（ＳＴ１６０）したあと、第二低速前進工程ＳＴ１７１では予め決められた分だけ前進させる（例えば０．５回転分前進させる）としたが、第二低速前進工程ＳＴ１７１でも同じように、もう一度接触判定工程（ＳＴ１５０）で接触を判定できるまで可動要素（スピンドル）を前進させるとしてもよい。仮に、第一前進工程（第一低速前進工程ＳＴ１４０）で可動要素（スピンドル）とワークとの接触が未達であったとしても、再度のトライによって可動要素（スピンドル）とワークとの接触を確実にできる。

上記実施形態では、接触判定（ＳＴ１５３）後に一度後退（ＳＴ１６０）したあと再前進して測定圧を掛けた後に測定値をサンプリングする（ＳＴ１８０）としたが、接触判定（ＳＴ１５３）後に一度後退（ＳＴ１６０）から再前進（ＳＴ１７１～１７３）することは場合によってはスキップして、接触判定（ＳＴ１５３）後に測定値をサンプリングする（ＳＴ１８０）こともできる。ワークの種類、サイズや寸法や公差、測定器の精度、タクトタイム、を考慮して、適宜取捨選択できる。

１００…自動測定システム、
１１０…ベルトコンベア、
１２０…ストッカー、
１３０…多関節型のロボットアーム、
１４０…ロボットハンド、
１５０…カメラ、
２００…自動マイクロメータ装置（自動測定装置）、
３００…マイクロメータ（測定器）、
３１０…Ｕ字形フレーム（固定要素）、
３２０…アンビル、
３３０…スピンドル（可動要素）、
３４０…シンブル部、
３５０…変位検出部、
４００…測定器支持台部、
４１０…基枠体、
４１１…第１長辺部、
４１２…第２長辺部、
４１３…第１短辺部、
４１４…第２短辺部、
４２０…測定器保持部、
４６０…ワーク保持台部、
４６１…支持支柱、
４６２…ワーク載置板
５００…自動操作部、
５１０…モータハウジング、
５２０…モータ（駆動機器）、
５３０…動力伝達部、
５３１…固着環、
５３２…回転板、
５３３…伝達リンク棒、
６００…モータ制御ユニット、
６１０…設定記憶部、
６２０…駆動指令生成部。

Claims (7)

1. 固定要素に対して変位可能に設けられていてワークに対して接離するように進退する可動要素と、前記可動要素の変位を検出する変位検出部と、を有する測定器と、
   動力によって前記可動要素の進退を自動化する自動操作部と、を備え、前記ワークの寸法を測定するための前記測定器を用いて前記ワークを自動的に測定する自動測定装置の制御方法であって、
   前記自動操作部は、
   前記可動要素と前記ワークとが接触するように前記可動要素を前進させる第一前進工程と、
   前記第一前進工程中に前記可動要素と前記ワークとの接触を判定する接触判定工程と、を実行し、
   前記接触判定工程は、前記第一前進工程中に前記変位検出部によって検出される前記可動要素の位置の変化量が所定の接触判定閾値以下になったときに、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあると判定する
   ことを特徴とする自動測定装置の制御方法。
2. 請求項１に記載の自動測定装置の制御方法において、
   前記自動操作部は、さらに、
   前記接触判定工程において、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあることを判定した場合に、予め決められた分だけ前記可動要素を後退させる第一後退工程と、
   前記ワークと前記可動要素との間に所定の測定圧が発生するように前記可動要素を再前進させる再前進工程と、を実行する
   ことを特徴とする自動測定装置の制御方法。
3. 請求項１に記載の自動測定装置の制御方法において、
   前記自動操作部から前記可動要素に動力が伝達される経路中には、予め設定された負荷が前記可動要素に掛かったときに前記可動要素から前記ワークに対して所定負荷以上の力が掛からないようにする定圧機構が設けられており、
   前記第一前進工程中に前記定圧機構が作動することによって前記可動要素の前進が停止したとき、前記変位検出部によって検出される前記可動要素の位置の変化量が前記接触判定閾値以下になり、前記接触判定工程において、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあると判定される
   ことを特徴とする自動測定装置の制御方法。
4. 請求項１に記載の自動測定装置の制御方法において、
   前記接触判定工程において、
   前記第一前進工程中に前記変位検出部によって検出される前記可動要素の位置の変化量が前記接触判定閾値以下になることが複数回連続したことを確認したとき、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあると判定する
   ことを特徴とする自動測定装置の制御方法。
5. 請求項１に記載の自動測定装置の制御方法において、
   前記ワークの情報に基づくワーク寸法にさらに若干の余裕をもたせた第一目標点が設定されており、
   前記第一前進工程は、
   前記第一目標点まで前記可動要素を比較的高速で前進させる第一高速前進工程と、
   前記第一目標点に到達後に、前記第一高速前進工程よりも低速で前記可動要素を前進させる第一低速前進工程と、を有する
   ことを特徴とする自動測定装置の制御方法。
6. 請求項１に記載の自動測定装置の制御方法において、
   前記ワークと前記可動要素とが当接したときに前記測定器に予め設定された所定の測定圧以下の圧力で前記ワークと前記測定器とが相対的な位置および姿勢を変更して前記ワークと前記可動要素との互いの当接面が密接するように前記ワークおよび前記測定器の少なくとも一方を保持する保持部を備え、
   前記保持部は、前記第一前進工程中に、前記測定器の測定軸に交差する方向を回転の軸として前記ワークと前記測定器とが相対姿勢を変更することを許容する
   ことを特徴とする自動測定装置の制御方法。
7. 固定要素に対して変位可能に設けられていてワークに対して接離するように進退する可動要素と、
   前記可動要素の変位を検出する変位検出部と、を有する測定器と、
   動力によって前記可動要素の進退を自動化する自動操作部と、を備え、
   前記ワークの寸法を測定するための前記測定器を用いて前記ワークを自動的に測定する自動測定装置であって、
   前記自動操作部は、
   前記可動要素と前記ワークとが接触するように前記可動要素を前進させる第一前進工程と、
   前記第一前進工程中に前記可動要素と前記ワークとの接触を判定する接触判定工程と、
   前記接触判定工程において、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあることを判定した場合に、予め決められた分だけ前記可動要素を後退させる第一後退工程と、
   前記ワークと前記可動要素との間に所定の測定圧が発生するように前記可動要素を再前進させる再前進工程と、を実行させ、
   前記接触判定工程は、前記第一前進工程中に前記変位検出部によって検出される前記可動要素の位置の変化量が所定の接触判定閾値以下になったときに、前記可動要素と前記ワークとが接触状態にあると判定する
   ことを特徴とする自動測定装置。

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