JP2563198B2 - ボールジョイントの測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボールジョイントの先端球状部の寸法ある
いは形状精度等を測定する方法に関する。

［従来の技術］ 従来、ボールジョイントの先端球状部の寸法あるいは
形状精度等を測定する手段として、 拡大投影器によって間接的に測定する方法 三次元測定器を用いて測定する方法 などが知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した各手段のうち、の拡大投影器を用いる方法
は、ボールジョイントを回転させながら拡大投影器にボ
ールジョイントの影を写し、その輪郭をプロットしてゲ
ージあるいは数値計算等によって、ボールジョイントの
先端球状部の球直径を算出する必要があるため、測定に
かなり時間がかかるばかりでなく、精度よく測定するた
めには経験と技術が必要である。

また、の三次元測定器を用いた方法では、かなり正
確に球直径を測定することができるが、測定に長時間を
要するとともに相当な労力と技能を必要としていた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によるボールジョイントの測定方法は、以下の
ようにしてボールジョイントの先端球状部の球直径およ
び真球度を測定する方法である。まず、ボールジョイン
トの軸線と直交する方向に対向配置された投光部および
受光部からなるラインセンサの測定エリアの一端を上記
ボールジョイントの先端球状部の内側に位置させる。次
いで上記ボールジョイントをその軸回りに所定角度ずつ
回動させながら、各角度ごとに上記ラインセンサをその
測定エリアの一端を中心にしてボールジョイントの軸線
と直交する方向の横軸回りに一定角度ずつ回動させて、
上記ラインセンサによってボールジョイントの先端球状
部端面の位置を検出し、こうして得られた測定値をもと
にして、ボールジョイント先端球状部の正確な球直径や
真球度を算出する。

［実施例］ 本発明の一実施例に係わるボールジョイントの測定方
法をその測定装置の一例とともに図面にもとづき説明す
る。

まず、測定装置について説明する。

第１図に示されるように測定装置11は、測定物回転用
ユニット12と、工具移動手段13と、測定ヘッド14と、測
定ヘッド駆動手段15と、制御・演算部16等を備えて構成
されている。

測定物回転用ユニット12は、ボールジョイントをつか
むチャック（図示せず）を備えるとともに、モータ21に
よってこのボールジョイント１を軸回りに所定の角度ず
つ正確に回転させることができるようになっている。従
ってこのモータ21は、回転位置を制御できるように例え
ばパルスモータ等が使われる。22は駆動側回転体であ
り、この駆動側回転体22の回転力は伝動体23によって従
動側回転体24に伝達される。

また測定物移動手段13は、測定物回転用ユニット12を
ボールジョイント１の軸線方向に往復移動させるもので
ある。すなわちこの測定物移動手段13は、案内レール31
によって上述した測定物回転用ユニット12を移動自在に
支持しており、パルスモータ32に取付けられたリードス
クリュー33を回転させることによって、案内レール31に
沿って測定物回転用ユニット12をボールジョイント１と
一緒に所望の位置に移動させることができるようになっ
ている。これら測定物回転用ユニット12と測定物移動手
段13には、ボールジョイント１の位置を電気的に検出し
て制御・演算部16にフィードバックさせるための位置セ
ンサ（図示せず）が設けられている。

測定ヘッド14は、ラインセンサ41を備えている。この
ラインセンサ41は、ボールジョイント１の軸線と直交す
る方向に対向配置された投光部42と受光部43とを備えて
構成される。第３図に示されるように、ラインセンサ41
は、測定エリア44における遮光部44a（図中にハッチン
グを施した領域）の長さｒを検知することにより、測定
した箇所の端面の位置を知るようになっている。この測
定ヘッド14は、ボールジョイント１の軸線と直交する方
向の横軸51によって、回転自在に固定側フレーム52に支
持されている。この横軸51の中心Ｏ′−Ｏ′（第２図参
照）は測定エリア44の一端44bの位置と合致しており、
しかも測定エリア44の一端44bの高さとボールジョイン
ト１の軸Ｏ−Ｏの高さとが互いに正確に一致するよう
に、フレーム52の高さまたは測定物回転用ユニット12の
相対的な高さが設計されている。

測定ヘッド駆動手段15はモータ53を備えている。この
モータ53は測定ヘッド14を、上述した測定エリアの一端
44bを中心にして、ボールジョイント１の軸線と直交す
る方向の横軸51回りに所定の角度ずつ回動させるもので
あり、回転位置を制御できるように例えばパルスモータ
が採用されている。この測定ヘッド駆動手段15には、測
定ヘッド14の位置を検出して制御・演算部16にフィード
バックさせるためにセンサ（図示せず）が設けられてい
る。

制御・演算部16は例えばマイクロコンピュータを利用
したものであり、各種データを入力するためのキーボー
ド部61や、ディスプレイ部62を備えている。この制御・
演算部16は、上述した測定物回転用ユニット12のモータ
21と測定物移動手段13のモータ32および測定ヘッド駆動
手段15のモータ53の動きを制御可能で、かつラインセン
サ41からの測定値を取込むとともに、予めプログラミン
グされている処理手順により、これらの測定値を演算処
理可能としてある。

次に、上記構成の測定装置11を用いて、ボールジョイ
ント１の先端球状部の球直径および真球度を測定する方
法につき説明する。

測定すべきボールジョイント１を測定物回転用ユニッ
ト12のチャックによって動かないように正確に保持させ
る。これは手作業で行なう。測定物移動手段13のモータ
32を駆動してボールジョイント１を測定物回転用ユニッ
ト12と一緒に前進させ、第３図に示されるように、ライ
ンセンサ41の測定エリア44の回転中心となる一端44bを
ボールジョイント１の先端の頂部から数mm位内側の所に
停止させる。

次に測定ヘッド44を、少なくとも３種類の角度、例え
ば第３図に示されるようにθ1,θ2,θ３の角度に順次セ
ットして先端球状部３の測定を行なう。すなわち、測定
エリアの一端44bを中心にしてラインセンサ41を上述し
た角度に順次セットするごとに、ラインセンサ41によっ
て遮光量測定を行ない、遮光部44aの長さｒを制御・演
算部16に取込む。こうしてθ1,θ2,θ３ごとの測定値r
1,r2,r3を得る。そして（r1〜r3,θ１〜θ３）をxy座標
値（x1〜x3,y1〜y3）に変換するとともに、円の最小二
乗法によって（x1〜x3,y1〜y3）からこれら３点を通る
円の中心位置（x0,y0）を求める。ここで、ｘ＝0,y＝０
の点がラインセンサ41の回転中心44bであるから、ボー
ルジョイント１をその軸方向（ｘ方向）にx0だけ移動さ
せることにより、第４図に示されるように測定エリア44
の一端44bをボールジョイント工具１の先端球状部３の
球中心位置Ｃに一致させる。すなわち心合わせが行なわ
れる。以上の一連の工程が、予備測定（心合わせ）であ
る。なお、ラインセンサ41の回転中心となる測定エリア
の一端44bの高さと、ボールジョイントの軸Ｏ−Ｏの高
さは一致させてあるから、上記y0は設計的には０であ
る。しかしながら測定物回転用ユニット12がｙ方向（図
示上下方向）にも移動できるような構造にしておけば、
より正確な心合わせが可能である。

次いで本測定に入る。その一例につき説明すると、上
記ラインセンサ41を第４図に実線で示されるようにボー
ルジョイント１の軸部より球面の始まるθ＝−θａの位
置に停止させる。そしてモータ53を作動させることによ
り、ラインセンサ41をその測定エリア44の一端44bを中
心にして、ボールジョイント１の軸線と直交する方向の
横軸Ｏ′−Ｏ′回りに−θａから＋θａの範囲にわたっ
て任意角度ずつ回転させながら、その回転途中でライン
センサ41によって遮光部の測定を行なう。この測定は−
θａから＋θａの範囲で例えば200箇所で行ない、各角
度ごとの測定値を制御・演算部16に入力する。この測定
はボールジョイント１がその軸回りに回動しない状態で
行なう。

入力されたデータは、予め制御・演算部16にプログラ
ミングされている処理手順に従って、極座標値（r0〜r
n,θ０〜θｎ）から直交座標値（x0〜xn,y0〜yn）に変
換される。

次に、円の最小二乗法によって（x0〜xn,y0〜yn）の
データから、この断面（後述するボールジョイント１の
軸線Ｏ−Ｏ回りの角度α＝０）の半径値Ｒと中心位置
（X,Y）を算出する。また、θ０〜θｎにおける各点の
曲率半径のばらつきを、次式 で求める。

次に、モータ21を作動させ、ボールジョイント１の軸
線Ｏ−Ｏ回りに０゜から180゜まで全周にわたって任意
角度ずつ回転させて、複数回測定する。例えば、軸線Ｏ
−Ｏ回りに15゜回転させ、α１＝15゜の所で上記同様の
測定を行ない、その測定値を制御・演算部16に入力し、
この断面（α１＝15゜）における半径値Ｒと中心位置
（X,Y）およびθ０〜θｎにおける各点の曲率半径のば
らつきを求める。同様にα２＝30゜，α３＝45゜と、角
度を15゜ずつ増加させて180゜まで12回の測定を繰返
し、その測定値を上記同様に制御・演算部16で演算処理
し、各角度（α）における半径値Ｒと中心位置（X,Y）
およびθ０〜θｎにおける各点の曲率半径のばらつきを
求める。こうして得られた各種の演算結果をディスプレ
イ部62に表示するとともに、必要に応じてプリントアウ
トすることにより、ボールジョイント１の先端球状部３
の球直径や各断面における曲率半径のばらつき等を把握
でき、これらが規定値を満足しているか否かを容易に判
断することができる。以上の一連の処理の流れを第６図
に示す。

上述のように測定値を軸線Ｏ−Ｏ回りの各角度ごとの
断面における半径値Ｒと中心位置（X,Y）およびθ０〜
θｎにおける各点の曲率半径のばらつきを求めたが、一
連の全部の測定値を制御・演算部16に入力し、曲座標値
（r0〜rn,θ０〜θn,α０〜αｎ）から直交座標値（x0
〜xn,y0〜yn,z0〜zn）に変換し、球の最小二乗法によっ
て（x0〜xn,y0〜yn,z0〜zn）のデータから半径値Ｒと中
心位置（X,Y,Z）を算出し、（θ０〜θn,α０〜αｎ）
における各点の曲率半径のばらつきを次式 で求めるようにしてもよい。

なお、ラインセンサ41の光源として通常白色光が用い
られるが、レーザー光を用いることにより更に測定精度
を向上させることができ、微小な曲率半径等が測定でき
る。

上記測定方法によれば、ボールジョイントの先端球状
部の球直径を直接測定する方式であるから誤差が生じに
くく、正確に測定できる。そして、制御・演算部16に予
め測定手順や処理手順をプログラミングすることにより
自動測定が可能であり、作業者の熟練や技能を必要とせ
ず、短時間に測定できる。

なお、上記実施例では先端部まで球面状のボールジョ
イント１を測定する場合について説明したが、本発明は
先端部に平坦部を有する第７図に示されるボールジョイ
ント１′にも適用できる。この場合、ラインセンサ41の
測定エリア44の一端44bをボールジョイント１′の球状
部３の球中心位置Ｃに一致させて、この一端44bを中心
にしてボールジョイントの軸線と直交する方向の横軸
Ｏ′−Ｏ′回りに−θａから−θｂおよび＋θｂから＋
θａの範囲で任意角度ずつ回転させながら、その回転途
中でラインセンサ41によって遮光部の測定を前記同様に
行なえばよい。以下、前記同様に測定を繰り返し、その
測定値を制御・演算部で演算処理すればよいので、詳細
な説明は省略する。

［発明の効果］ 本発明によれば、以下のような効果を奏することがで
きる。

（ａ）非接触測定のため、接触圧や弾性変形等の影響が
皆無であり、正確に測定できる。また、半径等を直接測
定する方式であるから、誤差が生じにくい。

（ｂ）非接触測定であるため磨耗箇所等がなく、装置自
体はほぼメンテナンスフリーである。

（ｃ）作業者の熟練度や技能に左右されることなく、短
時間に高精度で測定が行なえる。

（ｄ）コンピュータによる完全自動測定化が可能であ
り、作業者は主に測定物の取付けと取外しを行なうだけ
でよいので、測定に要する作業が簡単である。そしてボ
ールジョイントの良否を自動的に判定できるとともに、
不良位置の明示も可能である。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例に係わるボールジョイントの測
定方法を説明するためのものであり、第１図は装置全体
を示す斜視図、第２図は第１図の要部拡大斜視図、第３
図はラインセンサによる予備測定時の動きを示す側面
図、第４図はラインセンサによるボールジョイントの球
半径測定時の動きを示す側面図、第５図はボールジョイ
ントを軸回りに回動している状態を示す正面図、第６図
はボールジョイントの測定方法の一実施例を示すフロー
チャート図、第７図は先端部に平坦部を有するボールジ
ョイントの側面図である。 1,1′……ボールジョイント、３……先端球状部、11…
…測定装置、12……測定物回転用ユニット、13……測定
物移動手段、14……測定ヘッド、15……測定ヘッド駆動
手段、16……制御・演算部、41……ラインセンサ、42…
…投光部、43……受光部、44……測定エリア、44b……
測定エリアの一端、51……横軸。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボールジョイントの軸線と直交する方向に
   対向配置された投光部および受光部からなるラインセン
   サの測定エリアの一端を上記ボールジョイント先端球状
   部の内側に位置させ、次いで上記ボールジョイントを軸
   回りに所定角度ずつ回動させながら、各角度ごとに上記
   ラインセンサをその測定エリアの一端を中心にしてボー
   ルジョイントの軸線と直交する方向の横軸回りに一定角
   度ずつ回動させて上記ラインセンサによってボールジョ
   イント先端球状部端面の測定値を取込み、こうして得ら
   れた測定値をもとにボールジョイント先端球状部の寸法
   あるいは形状精度を算出することを特徴とするボールジ
   ョイントの測定方法。
2. 【請求項２】前記ラインセンサの光源としてレーザー光
   を用いた特許請求の範囲第１項記載のボールジョイント
   の測定方法。