JP2024067044A - 自動内径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内径測定を自動化できる自動内径測定装置を提供する。【解決手段】自動測定装置１００は、ワークの内径を測定する内径測定ユニット２００と、ワークを内径測定ユニット２００に対して相対移動させて内径測定ユニット２００にワークをアプローチし、内径測定ユニット２００にワークの測定対象穴部を被せ、その後、外すようにワークを移動させるロボットアーム部６００と、内径測定ユニット２００およびロボットアーム部６００の動作を制御する制御ユニット部７００と、を備える。内径測定ユニット２００は、先端側を上向きにした姿勢で設置されている。内径測定ユニット２００の先端には円錐形のガイドコーン３００が設けられている。ワークストッパ４００が内径測定ユニット２００の外側に付設されており、ワークを載せる載置面となる支持面はバネで支持され、ワークの姿勢変更および位置変更に追随して支持面の傾斜および位置が変化する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動内径測定装置に関する。

穴の内径を測定する測定器として、ホールテスト、シリンダーゲージ、ボアマチック（登録商標）等の内径測定器が使用されている（例えば、特許文献１参照）。ただ、これら内径測定器の使用にあたっては、測定子を進退させたり、内径測定器を穴に挿入した状態である程度求心したりする作業などが必要になるので、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、このような内径測定器で穴の加工精度を確認するためには人手と時間がかかっていた。

手動測定の代替手段として、生産現場において内径測定を自動化する内径測定装置としては、空気マイクロメータがある（例えば、特許文献２参照）。空気マイクロメータは、穴に差し入れて、空気を吹き出すだけであるから、現在の選択肢のなかでいうと、空気マイクロメータは、内径測定の自動化に適した測定装置であると言える。

特開２０１０－１９７８３ 特開平８－１４８７１

しかし、空気マイクロメータには次のようなデメリットもある。
まず、空気マイクロメータは、その仕組み上、非常に高価なものになってしまう。また、エアコンプレッサを用意したり整備したりしなければならない。測定能力の面でも、その仕組み上、空気マイクロメータの繰り返し精度には限界があり、また、測定範囲が極めて短い（数１００マイクロメートル程度）ものとなってしまう。

手動式の測定器を用いる手動測定に共通する問題として、なるべく安価に測定を自動化したいという要求があった。

安価で使い勝手がよく、なおかつ、測定を自動化できる測定ユニットが求められている。例えば、穴径測定を安価で使い勝手よく自動化できる内径測定ユニットが求められている。

本発明の自動内径測定装置は、
筒ケース部の先端側において前記筒ケース部の筒軸に交差する方向に進退する測定子と、
前記測定子を進退させる電動駆動部と、
前記測定子の変位を検出する変位検出部と、を有する内径測定部と、
測定対象穴を有するワークを前記内径測定部に対して相対移動させて前記内径測定部を測定対象穴に出し入れさせる移動手段と、
前記内径測定部および移動手段の動作を制御する制御ユニット部と、を備える
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態では、
前記内径測定部は、前記先端側を上向きにした姿勢で設置されている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記筒ケース部の外側であって前記測定子が配設された位置よりも基端側に、前記ワークを支持する支持面を有するワークストッパが配設されている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記ワークストッパの前記支持面は、それ自身が弾性部材であるか、または、弾性部材で支えられている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記ワークストッパは、前記ワークの姿勢変更または位置変更に追随するように前記支持面の傾斜または位置が変化することを許容する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記ワークストッパは、
前記内径測定部の外側に固定される筒状の筐体部と、
前記筐体部の内側で前記内径測定部の外側を取り巻くように設けられたバネと、を有し、
前記支持面が前記バネによって支えられている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記筒ケース部の先端側の端面に、当該筒ケース部の先端端面の径よりも小さい径の部分を有するガイド部材が設けられている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記ガイド部材は、錐形状である
ことが好ましい。

本発明の自動測定装置は、
前記自動内径測定装置と、
さらに、
固定要素に対して変位可能に設けられていて前記ワークの外側面に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、
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、を有し、前記ワークの外側寸法を測定する外側測定部と、を具備した
ことを特徴とする。

本発明の内径測定装置は、
筒ケース部の先端側において前記筒ケース部の筒軸に交差する方向に進退する測定子と、
前記測定子の変位を検出する変位検出部と、を有する内径測定部と、
前記筒ケース部の外側であって前記測定子が配設された位置よりも基端側に配設されたワークストッパと、を備えた内径測定装置であって、
前記ワークストッパは、前記筒ケース部の外側において前記ワークを支持する支持面を有し、
前記ワークストッパの前記支持面は、それ自身が弾性部材であるか、または、弾性部材で支えられており、
前記ワークストッパは、前記ワークの姿勢変更または位置変更に追随するように前記支持面の傾斜または位置が変化することを許容する
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態では、
前記筒ケース部の先端側の端面に、当該筒ケース部の先端端面の径よりも小さい径の部分を有するガイド部材が設けられている
ことが好ましい。

本発明の自動内径測定装置の制御方法は、
筒ケース部の先端側において前記筒ケース部の筒軸に交差する方向に進退する測定子と、
前記測定子を進退させる電動駆動部と、
前記測定子の変位を検出する変位検出部と、を有する内径測定部と、
測定対象穴を有するワークを前記内径測定部に対して相対移動させて前記内径測定部を測定対象穴に出し入れさせる移動手段と、
前記内径測定部および移動手段の動作を制御する制御ユニット部と、を備えた自動内径測定装置の制御方法であって、
前記内径測定部は、前記先端側を上向きにした姿勢で設置され、
前記筒ケース部の外側であって前記測定子が配設された位置よりも基端側に、前記ワークを支持する支持面を有するワークストッパが配設され、
前記筒ケース部の先端側の端面に、当該筒ケース部の先端端面の径よりも小さい径の部分を有するガイド部材が設けられ、
前記制御ユニット部は、
前記ワークの穴に前記ガイド部材が入るように、前記ワークを前記筒ケース部よりも上方でリリースするように前記移動手段を駆動制御し、
前記ワークストッパで支持された状態の前記ワークを前記内径測定部に測定させる
ことを特徴とする。

本発明の自動測定装置の制御方法は、
内径測定部と、
外側測定部と、
ワークを前記内径測定部および前記外側測定部に対して相対移動させる移動手段と、
前記内径測定部、前記外側測定部および前記移動手段の動作を制御する制御ユニット部と、を備えた自動測定装置の制御方法であって、
前記内径測定部は、
筒ケース部の先端側において前記筒ケース部の筒軸に交差する方向に進退する測定子と、
前記測定子を進退させる電動駆動部と、
前記測定子の変位を検出する第一変位検出部と、を有し、
前記外径測定部は、
固定要素に対して変位可能に設けられていて前記ワークの外側面に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第二変位検出部と、
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、を有し、
前記内径測定部は、前記筒ケース部の外側であって前記測定子が配設された位置よりも基端側に、前記ワークを支持する支持面を有するワークストッパを有し、
前記ワークストッパは、前記外径測定部の測定領域内にワークを保持するワーク保持台部を兼ねており、
前記ワークストッパに支持された状態の前記ワークの内径を前記内径測定部で測定し、
前記ワークストッパに支持された状態の前記ワークの外径を前記外側測定部で測定する
ことを特徴とする。

自動測定装置の外観図である。 内径測定ユニットの外観図である。 内径測定ユニットの先端側の内部構造を説明するための断面図である。 内径測定ユニットの先端側の内部構造を説明するための断面図である。 ワークストッパの外観図である。 ワークストッパの断面図である。 外径測定ユニットの拡大図である。 ロボットハンド部の平面拡大図である。 制御ユニット部の機能ブロック図である。 内径測定工程の動作手順を示すフローチャートである。 ワークの孔に内径測定ユニットを入れる様子を例示した図である。 ワークの姿勢を自動調整した状態を例示した図である。 ワークストッパの変形例を示す図である。

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。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態を説明する。
図１は、自動測定装置１００の外観図である。
本実施形態は、ワーク（測定対象物）の内径（あるいは内側寸法）および外径（あるいは外側寸法）の測定を自動化する自動測定装置１００である。
自動測定装置１００は、測定装置本体部１１０と、全体動作を制御する制御ユニット部７００と、を備える。

（測定装置本体部）
測定装置本体部１１０は、実際にワークを測定する測定器である測定ユニット部１３０と、ワークを測定ユニット部１３０に対して相対的に移動させる移動手段としての多関節ロボットアーム部（移動手段）６００と、を備える。
測定装置本体部１１０は設置台１１２を備え、設置台１１２の上に測定ユニット部１３０とロボットアーム部６００とが配置されている。

測定ユニット部１３０は、ワークの穴径を測定する内径測定ユニット（内径測定部）２００と、ワークの外径を測定する外径測定ユニット５００と、を備える。

（内径測定ユニット２００）
内径測定ユニット２００を説明する。
内径測定ユニット２００の基本的な構成は、既存の手動式の内径測定器（例えばホールテスト）のロッド送りを自動化したものである。ただし、本実施形態では、ワークの移動（運搬）をロボットアーム部６００によって自動化することとしている。そこで、人の手ではなく、ロボットアーム部６００によるワークの運搬でもワークの測定対象穴のなかに内径測定ユニット２００の測定子２３０が容易かつ確実に入るように工夫がある。また、内径測定ユニット２００でワークの内径を正確に測定するには、内径測定ユニット２００とワークとの軸合わせ（姿勢合わせ）が大切である。そこで、測定対象穴を正確に測定できるように、内径測定ユニット２００は、人の手によらないで、ワークの相対姿勢を調整する機能（構成）を有している。

図２は、内径測定ユニット２００の外観図である。
また、図３および図４は、内径測定ユニット２００の先端側の内部構造を説明するための断面図である。
内径測定ユニット２００は、筒ケース部２１０と、ロッド２２０と、測定子２３０と、シンブル部２４０と、変位検出部２５０と、電動駆動部２６０と、ガイドコーン（ガイド部材）３００と、ワークストッパ４００と、を備える。

筒ケース部２１０は、全体として筒状のケースである。筒ケース部２１０の内部をロッド２２０が軸方向に進退する。筒ケース部２１０は、本体筒部２１１と、ヘッド筒部２１２と、を有する。

本体筒部２１１は、ロッド２２０のほぼ全体を収容している。本体筒部２１１の内周の一部に雌ネジ（不図示）が切られている。この雌ネジは、ロッド２２０の送りネジと螺合するものであり、ロッド２２０の回転に伴ってロッド２２０を軸線方向に送る送り機構を構成している。また、本体筒部２１１の内部にはロッド２２０の進退（変位または位置）を検出する変位検出部２５０が収容されている。

ヘッド筒部２１２は、本体筒部２１１の先端側に接続されており、ヘッド筒部２１２は測定ヘッド部を構成する。本実施形態では、筒ケース部２１０のうち、ヘッド筒部２１２が設けられている方を先端側とする。そして、本実施形態では、内径測定ユニット２００は、ヘッド筒部２１２、すなわち、測定ヘッド部を上方向に向けた状態で設置されている。ここでは、立設された支柱１２０によって内径測定ユニット２００は縦向きの姿勢で支えられている。

ロッド２２０は、全体としては、長手の棒状体である。ロッド２２０は、本体ロッド２２１と、先端ロッド２２２と、を有する。本体ロッド２２１は、スピンドルであって、その基端側（本実施形態では下側）の外側面に雄ネジの送りネジ（不図示）を有する。前述のように、本体筒部２１１の雌ネジと本体ロッド２２１の送りネジとが螺合して送り機構となっている。

先端ロッド２２２は、ヘッド筒部２１２の内部に配設されている。先端ロッド２２２の基端（ここでは下側端面）は、本体ロッド２２１の先端（ここでは上側端面）に当接している。先端ロッド２２２の先端側（ここでは上側）は、円錐形になっている。

測定子２３０は、ヘッド筒部２１２において、ロッド２２０の軸線方向に直交（交差）する方向に進退するように設けられている。測定子２３０は、ヘッド筒部２１２において１２０°間隔で三つ配設されている。各測定子２３０は、その外端に超硬で形成された細い丸軸状の丸軸チップ２３１を有する。各測定子２３０が突出方向に前進したとき、丸軸チップ２３１が測定対象の内壁に当接する。

各測定子２３０の内端側にはテーパ面が形成されており、このテーパ面は先端ロッド２２２の円錐面に当接するようになっている。先端ロッド２２２の円錐面と測定子２３０のテーパ面とにより、力および変位の方向を直角に方向転換させる変位方向変換手段となっている。

ヘッド筒部２１２の内部には各測定子２３０に対応したバネ（例えば板バネ）２３２が設けられている。各板バネ２３２の一端はヘッド筒部２１２の内壁に固定され、各板バネ２３２の他端は各測定子２３０に固定されている。板バネ２３２により、各測定子２３０はヘッド筒部２１２の内側に没入する方向に付勢されている。ロッド２２０が外力で基端側（下方）に移動させ（引き下げ）られると、板バネ２３２の力によって測定子２３０はロッド２２０に追随してヘッド筒部２１２に入る方向に移動（後退）する。

なお、測定子２３０が出没するヘッド筒部２１２の部分（内径測定器の先端部分）を測定ヘッド部と称することがある。

シンブル部２４０は、本体筒部２１１の基端（本実施形態では下側）に設けられている。シンブル部２４０は、ラチェット機構（不図示）を介してロッド２２０（本体ロッド２２１）の基端に外嵌し、シンブル部２４０が外力によって回転操作されると、シンブル部２４０とともにロッド２２０（本体ロッド２２１）が回転する。

ラチェット機構（不図示）は、シンブル部２４０とロッド２２０（本体ロッド２２１）の基端との間に設けられている。本体ロッド２２１を上方に送る方向（測定子２３０を突き出す方向）のシンブル部２４０あるいは本体ロッド２２１の回転方向を正の回転方向とする。それとは反対に、ロッド２２０を下方に送る方向（測定子２３０が没入する方向）のシンブル部２４０あるいは本体ロッド２２１の回転方向を負の回転方向とする。ラチェット機構は、正方向の回転においてシンブル部２４０が本体ロッド２２１に対して空転することを許容し、負方向の回転においては空転を許容しない。

ラチェット機構を介してシンブル部２４０から本体ロッド２２１に伝わる力（正方向の回転力）には上限がある。例えば、ラチェット機構には、シンブル部２４０から本体ロッド２２１に掛かる（正回転）の負荷の上限を規制するバネ（負荷規制弾性体）が介装されていてもよい。前記負荷の上限を超えて本体ロッド２２１を（正）回転させようとすると、ラチェット機構によりシンブル部２４０が本体ロッド２２１に対して空転する。このラチェット機構により、測定対象物と測定子２３０との間に働く力（測定力）の上限を規制する定圧機構が構成される。逆にいうと、ワーク（測定対象物）と測定子２３０との間にはラチェット機構によって規定される所定の力（測定力）は発生するのであり、測定子２３０が所定の力（測定力）をワークに掛けるとき、その反力が測定子２３０の側、すなわち、内径測定ユニット２００の側に掛かることになる。

変位検出部２５０は、本体筒部２１１の内部において本体ロッド２２１の変位を検出するように設けられている。変位検出部２５０は、例えば、ロータリーエンコーダやリニアエンコーダであり、検出方式も特段限定されず、例えば、光電式エンコーダ、静電容量式エンコーダ、電磁誘導式エンコーダ、磁気式エンコーダなどが例として挙げられる。変位検出部２５０によって検出された本体ロッド２２１の変位（位置）から測定子２３０の変位（位置）が求められる。

電動駆動部２６０は、シンブル部２４０を回転させる駆動部である。電動駆動部２６０は、シンブル部２４０の下方に設けられている。電動駆動部２６０は、例えば、モータであり、モータの回転出力が動力伝達機構（歯車列や連結ベルト、連結軸、連結リンクなど）２６１を介してシンブル部２４０に伝達される。

ガイドコーン３００は、ヘッド筒部２１２の先端側の端面に設けられた錐形状（円錐型）の部材である。

図５は、ワークストッパ４００の外観図である。
図６は、ワークストッパ４００の断面図である。
ワークストッパ４００は、円筒筐体部（筐体部）４１０と、バネ（例えばコイルバネ）（弾性部材）４４０と、支持板（支持面）４５０と、を備える。

ワークストッパ４００は、ワークの姿勢変更（姿勢調整）およびワークの位置変更のうちの少なくとも一方が可能なようにワークを支える支持面（載置面）を構成するものである。ワークストッパ４００は、筒ケース部２１０の先端側において、筒ケース部２１０の外側に固定的に取り付けられている。ワークストッパ４００の取り付け位置（取り付け高さ）としては、ワークストッパ４００の上端面（あるいは支持面）が内径測定ユニット２００の測定子２３０よりも所定距離だけ基端側（ここでは下側）になる位置（高さ）である。軸方向（高さ方向）における測定子２３０とワークストッパ４００との距離によって、ワーク（測定対象物）の測定ポイントを規定できる。測定ポイントをワーク端面からどの程度の距離にしたいかによって、ワークストッパ４００の取り付け位置（高さ）を調整するとよい。

円筒筐体部４１０は、短円筒状で両端が開口した筒体である。
円筒筐体部４１０は、筒ケース部２１０にほぼ外嵌するやや小径の取付筒部４２０と、取付筒部４２０から段差をもって拡径したやや大径の収容筒部４３０と、を有する。取付筒部４２０の外側面から取付ネジ４２１が螺入されて、ワークストッパ４００は筒ケース部２１０に取り付け固定される。

収容筒部４３０は、その内側にコイルバネ４４０と、支持板４５０と、を収容している。

コイルバネ４４０は、収容筒部４３０の内側において、内径測定ユニット２００の筒ケース部２１０を取り巻くように配置されている。コイルバネ４４０は、ワークの重み（重量）を支えつつ、内径測定ユニット２００からワークに測定圧が掛かったときには、その測定圧を受けてある程度圧縮変形される程度の強度（バネ定数、バネ強度、弾性定数）である。取付筒部４２０と収容筒部４３０との間の段差面（収容筒部４３０の内側の端面）にリング状のバネ受け４４１が配置され、コイルバネ４４０の基端側がバネ受けされている。そして、コイルバネ４４０の先端側（コイルバネ４４０の上端側）に支持板４５０が配設されている。

支持板４５０は、リング状の板材であって、その端面（上端面）がワークの載置面（支持面）となる。ワークストッパ４００が内径測定ユニット２００に取り付けられた状態では、支持板（支持面）４５０は筒ケース部２１０の軸線に直交（交差）するように存在する面であり、支持板（支持面）４５０は筒ケース部２１０からフランジ状に張り出したように見える。支持板４５０は、コイルバネ４４０に支持されているので、支持板４５０は内径測定ユニット２００の筒ケース部２１０に対して相対的な傾斜角度（姿勢）および位置が変更可能となっている。（また、支持板４５０の支持面（上端面）は、ワークが支持面上を抵抗なく滑ってワークの位置変更が可能な程度に摩擦を抑制する加工がされているとよい。）支持板４５０とコイルバネ４４０とによって、ワークの姿勢変更（姿勢調整）および／または位置変更を許容するワーク姿勢位置変更手段が構成される。

内径測定ユニット２００は、電動駆動部２６０でロッド送りをする点を除けば、既存の手動式内径測定器の動作と基本的には同じである。電動力でロッド２２０が進退すると、先端ロッド２２２の動きに応じて測定子２３０がヘッド筒部２１２から出没する方向に進退する。三つの測定子２３０が測定対象穴の内壁に均等に接触したときのロッド２２０の変位（位置）を検出することにより、測定対象穴の穴径が測定値として得られる。

（外径測定ユニット）
外径測定ユニット５００は、マイクロメータを自動化したものとして、本出願人によって、例えば特開２０２１－１８８９８６（特許７０９７９２５）にも開示されている。
図７は、外径測定ユニット５００の拡大図である。
外径測定ユニット５００は、外径測定器（自動マイクロメータ装置）５１０を支持する支持台部５１１と、ワークＷを外径測定器５１０の測定領域内に保持するワーク保持台部５１２と、モータの動力によって外径測定器５１０の可動要素（スピンドル）の進退を自動化する自動操作部５１３と、を有する。
ロボットアーム部６００によってワークがワーク保持台部５１２に載置されると、自動操作部５１３のモータがスピンドルを前進させ、ワークをアンビルとスピンドル（測定子）との間に挟む。このとき、ワーク保持台部５１２は、ワークとスピンドル（アンビル）とが密着できるようにワークの姿勢の変化（例えば回転移動）や位置のスライド調整を許容する。
スピンドル（測定子）が所定測定圧でワークの外面に正しく当接（密着）した状態で、エンコーダ（変位検出部）がスピンドルの変位（スピンドルの位置）を検出し、これによりワーク外径の測定値を取得する。（もし変位検出部の区別が必要であれば、内径測定ユニット２００の変位検出部２５０を第一変位検出部２５０とし、外径測定ユニット５００の変位検出部を第二変位検出部としてもよい。）自動外径測定器（自動マイクロメータ装置）５１０においてワークとスピンドルとが所定測定圧で正しく密接するように、ワークの姿勢変更および／または位置変更を許容しつつスピンドルの進退を制御する例は、特開２０２１－１８８９８６（特許７０９７９２５）にも開示されているし、後述の内径測定ユニット２００における測定子２３０（あるいはロッド２２０）の進退制御を参照されたい。

なお、外側（外径）測定器としては、マイクロメータの他にノギスやデジタルダイヤルゲージ（テストインジケータ）などの測定器（測定部）を採用してもよい。

ロボットアーム部６００は、いわゆる多関節型のロボットアームであり、先端にワークを把持するロボットハンド部６１０を有する。
図８は、ロボットハンド部６１０の平面拡大図である。
ロボットハンド部６１０は、接離する方向に移動する二本の爪６２０を有している。円筒形のワークを把持するため、一方の爪６２０は平面６２１で、他方の爪６２０はＶ溝６２２である。

（制御ユニット部７００）
図９は、制御ユニット部７００の機能ブロック図である。
制御ユニット部７００は、測定装置本体部１１０と有線または無線で通信接続されたコンピュータ（ＣＰＵ（中央処理装置）や所定プログラムを格納したＲＯＭ、ＲＡＭを有するいわゆるコンピュータ端末）に組み込まれたハードまたはソフトウェアによって構成される。動作制御プログラム（測定用パートプログラム）がコンピュータ端末にインストールされ、プログラムの実行により測定装置本体部１１０の測定動作が制御される。プログラムの供給方法は限定されず、プログラムを記録した（不揮発性）記録媒体をコンピュータに直接差し込んでプログラムをインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読取装置をコンピュータに外付けし、この読取装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよく、インターネット、ＬＡＮケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてもよい。
制御ユニット部７００は、測定動作制御部７１０と、ロボットアーム駆動制御部７４０と、中央制御部７５０と、を備える。

測定動作制御部７１０は、電動の内径測定ユニット２００の測定動作を制御する。測定動作制御部７１０は、駆動制御部７２０と、測定値取得部７３０と、を備える。

駆動制御部７２０は、電動駆動部２６０の駆動を制御するものであり、ロッド２２０の進退、すなわち、測定子２３０の進退を制御する。測定値取得部７３０は、内径測定ユニット２００の測定値を得る。すなわち、測定値取得部７３０は、変位検出部２５０の検出値を受信し、ロッド２２０の変位（位置）から測定対象穴の内径の測定値を得る。

ロボットアーム駆動制御部７４０は、ロボットアーム部６００の動作を制御する。中央制御部７５０は、測定動作制御部７１０とロボットアーム駆動制御部７４０とを統合的に制御する。

（内径測定動作）
内径測定ユニット２００でワークの内径を測定する動作を説明する。
図１０は、内径測定工程（ＳＴ１００）の動作手順を示すフローチャートである。
内径測定工程（ＳＴ１００）では、まずワークを運搬する（ＳＴ１１０）。具体的には、ロボットアーム部６００のロボットハンド部６１０でワークをつまみ上げてワークを内径測定ユニット２００の直上に移動させる（ＳＴ１１０）。ロボットハンド部６１０でワークを把持したりワークを移動させたりする際のロボットハンド部６１０位置制御は、例えばカメラでの画像認識、レーザー測距でもよいし、移動の軌跡の座標を予めププログラミングしておいてもよい。そして、図１１中の（Ａ）に例示するように、ワークの孔がガイドコーン３００の先端に少し差し掛かったところ、言い換えると、ガイドコーン３００の上端（先端）がワークの孔に少し入ったところで、ロボットハンド部６１０はワークを放す（リリース工程ＳＴ１１１）。すると、ワークは重力で下方に落ち、図１１中の（Ｂ）に例示するように、ワークストッパ４００の支持板４５０で受け止められる。これで、内径測定ユニット２００の測定ヘッド部（ヘッド筒部２１２）がワークの孔（測定対象穴）に入る。

ワークの孔と測定ヘッド部との隙間は数ミリ程度であり、ロボットアーム部６００の制御でワークの孔に測定ヘッド部を完全に差し入れるのはやや難しい。この点、本実施形態では、ガイドコーン３００が設けられている。したがって、ガイドコーン３００の先端がワークの孔に入れば、あとは、ガイドコーン３００の傾斜に案内されてワークの孔に測定ヘッド部が入るようになる。これにより、ロボットアーム部６００の制御精度をやや粗くしてもよくなる。また、本実施形態では、測定ヘッド部を上向きにした状態で内径測定ユニット２００を設置している。したがって、ガイドコーン３００の上端（先端）がワークの孔に少し入ったところでロボットハンド部６１０がワークを放す（リリースする）と、ワークが重力で下方に移動して、ワークストッパ４００に載る。
ロボットアーム部６００（ロボットハンド部６１０）でワークを掴んだ状態で内径測定ユニット２００にワークの孔が入るようにワークを移動させようとすると、ロボットアーム部６００（ロボットハンド部６１０）でワークを掴んだ状態でワークと内径測定ユニット２００とが接触したり、ぶつかったりする恐れがある。
ロボットアーム部６００（ロボットハンド部６１０）でワークを掴んだ状態でワークと内径測定ユニット２００とが接触すると、両者に掛かる力が大きい。そのため、ワークあるいは内径測定ユニット２００が破損するなどの事故が生じる恐れがある。この点、本実施形態では、ロボットアーム部６００の制御でワークの孔に内径測定ユニット２００を完全に差し入れるのではなく、内径測定ユニット２００の少し上でワークをリリースするので、ワークと内径測定ユニット２００とが大きな力で衝突するなどの事故が起こりにくい。

さて、ワークが支持板４５０に載ったとき、ワークは支持板４５０を介してコイルバネ４４０で支えられている。このとき、コイルバネ４４０はワークの重み（重量）で少し圧縮変形し、支持板４５０はコイルバネ４４０の圧縮とともに少し沈む。また、ワークが支持板４５０に載るとき、ワークの中心軸と支持板４５０の中心軸とがズレていることもある。あるいは、ワークの端面がワークの中心軸にきっちり直交しているとも限らない。ワークの端面がワークの中心軸に直交していない場合、ワークはどちらかに傾くこともある。

この状態で、制御ユニット部７００の駆動制御部７２０から駆動信号を送って電動駆動部２６０を駆動させ、測定子２３０をワークの内壁に突き当てる。
まずは、第一前進工程（ＳＴ１２０）を行う。第一前進工程（ＳＴ１２０）は、測定子２３０が測定対象穴の内壁に最初に接触するまで測定子２３０を前進させる工程である。電動駆動部２６０（例えばモータ）を駆動してロッド２２０を前進（ここでは上方に移動）させ、測定子２３０を穴の内壁に向けて前進させる。第一前進工程（ＳＴ１２０）では、測定効率を向上させるため、高速にモータを駆動してロッド２２０および測定子２３０をできるだけ速く移動させるのがよい。（例えばロッド２２０がネジ送りとして、ロッド２２０の回転速さを１００ｒｐｍ－２００ｒｐｍとする。ロッド２２０あるいは測定子２３０の進む速さでいうと、１ｍｍ／ｓ－２ｍｍ／ｓとしてもよい。）

測定子２３０が穴の内壁に向けて前進すると、測定子２３０が穴の内壁に接触する。ここで、本実施形態では、測定子２３０は三つある。もし、内径測定ユニット２００の軸線と測定対象穴の軸線とが完全に一致していれば、三つの測定子２３０は同時に穴の内壁に接触できるが、前述のようにワークは支持板４５０の上で少し傾いている場合もある。この状態で、三つの測定子２３０が順に穴の内壁に接触することになる。測定子２３０が穴の内壁に接触したことを検知した場合（ＳＴ１３０：ＹＥＳ）、第一前進工程（ＳＴ１２０）を停止して、第一後退工程（ＳＴ１４０）に移行する。測定子２３０が穴の内壁に接触したことは、例えば、モータの印加電流（印加電圧）からモータトルクを求め、トルクが所定値を越えたら測定子２３０が穴の内壁に接触したとしてもよい。あるいは、変位検出部２５０による検出値をモニターし、駆動信号を送っているのに検出値の増加が停止したら、測定子２３０が穴の内壁に接触したとしてもよい。

第一後退工程（ＳＴ１４０）では、ロッド２２０および測定子２３０をわずかに逆方向に後退させる。これにより、第一前進工程（ＳＴ１２０）で測定子２３０が穴の内壁に接触した後、その勢いで測定子２３０が穴の内壁に食い込むのを回避する。第一後退工程（ＳＴ１４０）で測定子２３０を後退させる距離は極僅か、例えば０．０１ｍｍ－０．０２ｍｍ位でよい。

第一後退工程（ＳＴ１４０）における測定子２３０の後退の速さはできる限り速くしてもよい。例えばロッド２２０がネジ送りとして、ロッド２２０の回転速さを１００ｒｐｍ－２００ｒｐｍとする。ロッド２２０あるいは測定子２３０の進む速さでいうと、１ｍｍ／ｓ－２ｍｍ／ｓとしてもよい。

第一後退工程（ＳＴ１４０）で測定子２３０をわずかに戻した後、第二前進工程（ＳＴ１５０）によって測定子２３０を再び前進させる。第二前進工程（ＳＴ１５０）ではゆっくりと（低速、微動で）測定子２３０を前進させる。

第二前進工程（ＳＴ１５０）における測定子２３０の送り速さは、低速（微動）であることが好ましい。例えばロッド２２０がネジ送りとして、ロッド２２０の回転速さを１０ｒｐｍ－２０ｒｐｍとする。ロッド２２０あるいは測定子２３０の進む速さでいうと、０．１ｍｍ／ｓ－０．２ｍｍ／ｓとしてもよい。

測定子２３０が穴の内壁を押す力によってワークの位置および傾きが自動（自律）調整される。このとき、支持板４５０がコイルバネ４４０によって支持されているので、ワークの位置および姿勢の変更に追随して支持板４５０の位置および傾斜も自動（自律）調整され、図１２に例示するように、ワークの中心軸と内径測定ユニット２００の軸線とが一致するようになる。そして、三つの測定子２３０が均等に所定の測定圧で穴の内壁に接触したとき、ワークの位置および傾きの自動（自律）調整が完了する。三つの測定子２３０が所定測定圧で穴の内壁に接触したとき、ラチェット機構（定圧機構）が作動する。すなわち、ラチェット機構（定圧機構）が作動するまで電動駆動部２６０がシンブル部２４０を回転駆動することにより、測定子２３０が穴の内壁に所定測定圧で均等に当たった状態となる。

第二前進工程（ＳＴ１５０）を自動（自律）調整工程と言い換えてもよい。

この状態で変位検出部２５０がロッド２２０の変位（位置）を検出する。測定値取得部７３０は、ロッド２２０の変位（位置）から穴の内径の測定値を得る（ＳＴ１６０）。

測定値を取得した後、第二後退工程（ＳＴ１７０）において測定子２３０を後退させて、測定子２３０を穴の内壁から離間させる。これで一つの穴の内径の測定値を得た。

ロボットハンド部６１０でワークをつまみ、持ち上げて、ワークを移動させる（ワークを運搬ＳＴ１８０）。これで一つのワークの内径測定が終了した。このとき、測定子２３０が穴の内壁を均等に押す力によってワークの位置および傾きが自動（自律）調整され、ワークの中心軸と内径測定ユニット２００（筒ケース部２１０）の中心軸が一致し、すなわち、ワークの内周面と内径測定ユニット２００（筒ケース部２１０）との間には隙間が確保されているはずである。したがって、ロボットハンド部６１０でワークを掴んで上方向に真っ直ぐに持ち上げれば、ワークの内面と内径測定ユニット２００（筒ケース部２１０）とが衝突することなく、ワークを内径測定ユニット２００から外すことができる。

このあと、ワークの外径測定をする場合には、ロボットアーム部６００によってワークを外径測定ユニット５００のワーク保持台部５１２に移動させて、外径測定を実行する。

全てのワークの測定対象穴の測定が完了するまでＳＴ１１０に戻ってＳＴ１１０－ＳＴ１８０を繰り返す。

このように本実施形態によれば、人の手で内径測定器を持って操作する必要がなくなり、電動の内径測定ユニット２００（電動内径測定器２００、ロボットアーム部６００）によって穴の内径を自動的に測定することができる。

（変形例１）
上記実施形態では、ワークストッパ４００として、コイルバネ４４０で支持板４５０を支え、ワークの姿勢（傾斜）変更および位置変更に支持板４５０が追随しなからワークを支える形態を説明した。変形例１としては、例えば図１３に例示するようにワークの端面がワークの中心軸に直交しており、ワークの傾斜調整が必要ない場合、コイルバネ（弾性体）４４０および支持板４５０をなくし、先端側（上端側）の端面が平坦な支持面８１１となった筒形（円筒形）のワークストッパ８１０を採用してもよい。この場合、支持面８１１は、滑りをよくし、ワークが支持面上で位置をスライド変更できることを許容することが望ましい。

さらに、ワークストッパ８１０の端面８１１にやわらかい樹脂を弾性部材として厚めに設けておいて、樹脂の変形によりワークの姿勢変更および／または位置変更を許容するようにしてもよい。

（変形例２）
ガイドコーン３００の形状としては、円錐に限らず、傾斜面をもった錐型であればよい。あるいは、ガイド部材としては、ヘッド筒部２１２の直径よりも小さい径の部分を有する形状であればよく、コーン（錐型）でなくても、ピン（細めの棒状体（軸体））であってもよい。

（変形例３）
外径測定ユニット５００を内径測定ユニット２００に近づけて設置し、内径測定ユニット２００のワークストッパ４００が外径測定ユニット５００のワーク保持台を兼ねるようにしてもよい。内径測定ユニット２００による内径測定動作の後、ワークを移動させないで、外径測定ユニット５００による外径測定動作を続けて行うこととしてもよい。順番を逆にして、外径測定ユニット５００による外径測定動作の後、ワークを移動させないで、内径測定ユニット２００による内径測定動作を続けて行うこととしてもよい。あるいは、ワークストッパ４００上のワークに対し、内径測定と外径測定とを同時（ほぼ同時）に行うこととしてもよい。図１や図７では、外径測定ユニットのマイクロメータフレームが縦に立っていて、円筒形のワークが横向きの姿勢で測定される状態を図示しているが、マイクロメータフレームを横に寝かせて、ワークの中心軸が縦向きの姿勢でワークを測定するようにマイクロメータの設置姿勢を変えればよい。

なお、本発明は上記実施の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。
ロッド２２０を駆動するにあたっては、回転によるネジ送りの他、ロッド２２０を直動式に上げ下げしてもよい。
上記実施形態では、移動手段として多関節ロボットアーム部６００を例示したが、大がかりな装置でなくとも、例えば一次元駆動装置や二次元駆動装置であってもよい。例えば、一次元あるいは二次元駆動装置は、コラムと、コラムに沿ってスライドするスライダと、スライダを駆動させるモータと、モータとスライダとを繋ぐ動力伝達機構（ボールネジやベルト・プーリなど）と、を有するものが例として挙げられる。
上記実施形態では、内径測定ユニット２００は上向きの姿勢で設置されていたが、内径測定ユニット２００の向き（姿勢）は限定せず、例えば、内径測定ユニット２００の設置姿勢が横向きや下向きとしてもよい。

上記実施形態では、内径測定部の構造として、いわゆるホールテスト（ボアマチック（登録商標））を例示したが、ロッド２２０に連動して測定子２３０が進退して内壁に当接する構成の内径測定器であればよい。例えば、シリンダーゲージのヘッド部であれば、一つの進退する測定子を有するとともに、求心のため、測定子と同軸上で反対向きのアンビルと、直交方向の両側にガイドヘッドと、を有する。

本明細書において、内径測定の内径というのは、円形の孔の内側の直径をいうだけでなく、広い意味で、ワークの内側の寸法を意味すると解釈されたい。例えば、ワークのなかで向かい合う二面間（あるいは二点間）の距離（内側寸法）をワークの内径と称する。同様に、外径測定の外径というのは、円形のワークの外側の直径というだけでなく、ワークの外側の寸法を意味すると解釈されたい。

１００ 自動測定装置
１１０ 測定装置本体部
１２０ 支柱
１３０ 測定ユニット部
２００ 内径測定ユニット
２１０ 筒ケース部
２１１ 本体筒部
２１２ ヘッド筒部
２２０ ロッド
２２１ 本体ロッド
２２２ 先端ロッド
２３０ 測定子
２４０ シンブル部
２５０ 変位検出部
２６０ 電動駆動部
２６１ 動力伝達機構
３００ ガイドコーン
４００ ワークストッパ
４１０ 円筒筐体部
４２０ 取付筒部
４２１ 取付ネジ
４３０ 収容筒部
４４０ コイルバネ
４５０ 支持板
５００ 外径測定ユニット
５１０ 外径測定器
５１１ 支持台部
５１２ ワーク保持台部
５１３ 自動操作部
６００ ロボットアーム部
６１０ ロボットハンド部
６２０ 爪
６２１ 平面
６２２ Ｖ溝
７００ 制御ユニット部
７１０ 測定動作制御部
７２０ 駆動制御部
７３０ 測定値取得部
７４０ ロボットアーム駆動制御部
７５０ 中央制御部
８１０ ワークストッパ
８１１ 支持面

Claims (13)

1. 筒ケース部の先端側において前記筒ケース部の筒軸に交差する方向に進退する測定子と、
   前記測定子を進退させる電動駆動部と、
   前記測定子の変位を検出する変位検出部と、を有する内径測定部と、
   測定対象穴を有するワークを前記内径測定部に対して相対移動させて前記内径測定部を測定対象穴に出し入れさせる移動手段と、
   前記内径測定部および移動手段の動作を制御する制御ユニット部と、を備える
   ことを特徴とする自動内径測定装置。
2. 請求項１に記載の自動内径測定装置において、
   前記内径測定部は、前記先端側を上向きにした姿勢で設置されている
   ことを特徴とする自動内径測定装置。
3. 請求項１に記載の自動内径測定装置において、
   前記筒ケース部の外側であって前記測定子が配設された位置よりも基端側に、前記ワークを支持する支持面を有するワークストッパが配設されている
   ことを特徴とする自動内径測定装置。
4. 請求項３に記載の自動内径測定装置において、
   前記ワークストッパの前記支持面は、それ自身が弾性部材であるか、または、弾性部材で支えられている
   ことを特徴とする自動内径測定装置。
5. 請求項３に記載の自動内径測定装置において、
   前記ワークストッパは、前記ワークの姿勢変更または位置変更に追随するように前記支持面の傾斜または位置が変化することを許容する
   ことを特徴とする自動内径測定装置。
6. 請求項３に記載の自動内径測定装置において、
   前記ワークストッパは、
   前記内径測定部の外側に固定される筒状の筐体部と、
   前記筐体部の内側で前記内径測定部の外側を取り巻くように設けられたバネと、を有し、
   前記支持面が前記バネによって支えられている
   ことを特徴とする自動内径測定装置。
7. 請求項１に記載の自動内径測定装置において、
   前記筒ケース部の先端側の端面に、当該筒ケース部の先端端面の径よりも小さい径の部分を有するガイド部材が設けられている
   ことを特徴とする自動内径測定装置。
8. 請求項７に記載の自動内径測定装置において、
   前記ガイド部材は、錐形状である
   ことを特徴とする自動内径測定装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の自動内径測定装置と、
   さらに、
   固定要素に対して変位可能に設けられていて前記ワークの外側面に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、
   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、を有し、前記ワークの外側寸法を測定する外側測定部と、を具備した
   ことを特徴とする自動測定装置。
10. 筒ケース部の先端側において前記筒ケース部の筒軸に交差する方向に進退する測定子と、
    前記測定子の変位を検出する変位検出部と、を有する内径測定部と、
    前記筒ケース部の外側であって前記測定子が配設された位置よりも基端側に配設されたワークストッパと、を備えた内径測定装置であって、
    前記ワークストッパは、前記筒ケース部の外側において前記ワークを支持する支持面を有し、
    前記ワークストッパの前記支持面は、それ自身が弾性部材であるか、または、弾性部材で支えられており、
    前記ワークストッパは、前記ワークの姿勢変更または位置変更に追随するように前記支持面の傾斜または位置が変化することを許容する
    ことを特徴とする内径測定装置。
11. 請求項１０に記載の内径測定装置において、
    前記筒ケース部の先端側の端面に、当該筒ケース部の先端端面の径よりも小さい径の部分を有するガイド部材が設けられている
    ことを特徴とする内径測定装置。
12. 筒ケース部の先端側において前記筒ケース部の筒軸に交差する方向に進退する測定子と、
    前記測定子を進退させる電動駆動部と、
    前記測定子の変位を検出する変位検出部と、を有する内径測定部と、
    測定対象穴を有するワークを前記内径測定部に対して相対移動させて前記内径測定部を測定対象穴に出し入れさせる移動手段と、
    前記内径測定部および移動手段の動作を制御する制御ユニット部と、を備えた自動内径測定装置の制御方法であって、
    前記内径測定部は、前記先端側を上向きにした姿勢で設置され、
    前記筒ケース部の外側であって前記測定子が配設された位置よりも基端側に、前記ワークを支持する支持面を有するワークストッパが配設され、
    前記筒ケース部の先端側の端面に、当該筒ケース部の先端端面の径よりも小さい径の部分を有するガイド部材が設けられ、
    前記制御ユニット部は、
    前記ワークの穴に前記ガイド部材が入るように、前記ワークを前記筒ケース部よりも上方でリリースするように前記移動手段を駆動制御し、
    前記ワークストッパで支持された状態の前記ワークを前記内径測定部に測定させる
    ことを特徴とする自動内径測定装置の制御方法。
13. 内径測定部と、
    外側測定部と、
    ワークを前記内径測定部および前記外側測定部に対して相対移動させる移動手段と、
    前記内径測定部、前記外側測定部および前記移動手段の動作を制御する制御ユニット部と、を備えた自動測定装置の制御方法であって、
    前記内径測定部は、
    筒ケース部の先端側において前記筒ケース部の筒軸に交差する方向に進退する測定子と、
    前記測定子を進退させる電動駆動部と、
    前記測定子の変位を検出する第一変位検出部と、を有し、
    前記外径測定部は、
    固定要素に対して変位可能に設けられていて前記ワークの外側面に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第二変位検出部と、
    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、を有し、
    前記内径測定部は、前記筒ケース部の外側であって前記測定子が配設された位置よりも基端側に、前記ワークを支持する支持面を有するワークストッパを有し、
    前記ワークストッパは、前記外径測定部の測定領域内にワークを保持するワーク保持台部を兼ねており、
    前記ワークストッパに支持された状態の前記ワークの内径を前記内径測定部で測定し、
    前記ワークストッパに支持された状態の前記ワークの外径を前記外側測定部で測定する
    ことを特徴とする自動測定装置の制御方法。

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