JP3390969B2 - 溝形状測定方法及び装置 - Google Patents

溝形状測定方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、穴壁に溝を有する
穴の溝形状を測定する溝形状測定方法及び装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ワークに形成された穴の形状を測定する
測定装置の一つとして、空気マイクロメータがある。従
来の空気マイクロメータは、測定ヘッドをワークの穴に
挿入し、測定ヘッドのノズルから穴壁に向けて圧縮空気
を噴射し、ノズルの背圧を検出する。ノズルの背圧は、
ノズルと穴壁との間隔に依存するので、予め求めたマス
ターの基準値と比較することによって、前記検出値を穴
の内径の寸法に換算できる。このような空気マイクロメ
ータは、ワークと非接触で、高精度に穴の内径を測定で
きる利点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空気マイクロメータは、穴壁に溝を有する穴を測定する
ことができなかった。
【0004】本発明はこのような事情に鑑みて成された
もので、穴壁に溝を有する穴の溝形状を測定できる溝形
状測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記目的を達成するために、穴壁に溝のない第1穴に流体
を供給するとともに該第1穴に浮子を挿入し、前記流体
が前記浮子と前記穴壁との隙間を通過する際の背圧、流
量、又は前記浮子が受ける抗力を検出して第1検出値を
取得し、第1検出値の取得に先立って又は第1検出値の
取得後に、穴壁に溝を有する第2穴に流体を供給すると
ともに該第2穴に浮子を挿入し、前記流体が前記浮子と
前記穴壁との隙間を通過する際の背圧、流量、又は前記
浮子が受ける抗力を検出して第2検出値を取得し、前記
第1検出値と第2検出値とに基づいて第2穴の溝形状を
測定することを特徴としている。
【0006】請求項2記載の発明は前記目的を達成する
ために、穴壁に溝のない第1穴、穴壁に溝を有する第2
穴に挿入される浮子と、前記第1穴、前記第2穴に流体
を供給する流体供給手段と、該流体供給手段で供給した
流体が、前記第1穴、前記第2穴の穴壁と前記浮子との
隙間を通過する際の流体の背圧、流量、又は前記浮子が
受ける抗力を検出する検出手段と、該検出手段で前記第
1穴を検出して取得した第1検出値と、前記第2穴を検
出して取得した第2検出値とに基づいて、前記第2穴の
溝形状を測定する測定手段と、を備えたことを特徴とし
ている。
【0007】本発明によれば、穴壁に溝のない第1穴に
流体を供給して浮子を挿入し、圧縮空気の背圧、流量、
又は浮子が受ける抗力を検出し、第1検出値を取得する
とともに、前記第1穴と同条件で、穴壁に溝を有する第
2穴を検出して第2検出値を取得する。そして、第1検
出値から第1穴の断面積を求め、第2検出値から第2穴
の断面積を求めるとともに、双方の断面積の差を求める
ことにより、第2穴の溝に相当する断面積を求めること
ができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る溝形状測定方法及び装置の好ましい実施の形態につい
て説明する。
【0009】図1は、本実施の形態の測定装置10の構
成を示すブロック図である。
【0010】図1に示すように、空気源12から供給さ
れる圧縮空気は、フィルタ14で除塵され、レギュレー
タ16で一定圧力に調整された後、A/E変換器18
(空気/電気変換器)内に設置された絞りを通り、コネ
クタ33を介して測定台28内の送気路28Bに送気さ
れる。
【0011】測定台28の上面には、送気路28Bに連
通する供給口28Aが形成されるとともに、ワーク22
が載置される。ワーク22には、測定球30を挿入する
円柱状の穴23が形成されており、この穴23が前記供
給口28Aに連通される。供給口28Aの回りには、エ
ア漏れ防止シール(Oリング)34が配設され、このエ
ア漏れ防止シール34によって測定台28とワーク22
との隙間から空気が洩れることが防止される。これによ
り、前記送気路28Bに供給された圧縮空気は、洩れる
ことなく、供給口28Aから穴23に噴射される。噴射
された圧縮空気は、穴23の穴壁と測定球30との隙間
を通って外部に吹き出される。A/E変換器18は、こ
のときの圧力を、内蔵するベローズと差動変圧器とによ
って電気信号に変換し、管制部20に出力する。測定球
30の外径が異なる場合、圧力が微小変化し、管制部2
0は、変化した電気信号に基づいて測定球30の外径を
算出し、算出したデータを例えば管制部20のモニタ上
に表示する。
【0012】前記測定球30は、樹脂や金属等によって
高い加工精度で球状に形成されており、支持部材32を
介してアーム36に取り付けられる。支持部材32は、
ピアノ線等の弾性体から成り、測定球30を着脱自在に
支持する。例えば、測定球30が磁性体である場合に
は、支持部材32の下端に磁石を設けて測定球30を吸
着支持する。また、例えば測定球30を接着剤等によっ
て支持部材32に接着し、測定後に測定球30を取り外
してもよい。
【0013】前記アーム36は、スライダ38、38を
介してコラム40に鉛直方向の摺動自在に取り付けられ
ている。また、アーム36には、モータ42の回転軸に
連結された送りねじ44が螺合される。これにより、モ
ータ42を駆動すると、送りねじ44が回動し、アーム
36が昇降する。
【0014】アーム36の上方には、リニアスケール4
6が設けられている。これにより、アーム36の昇降
量、即ち、穴23への測定球30の挿入量が検出され、
その検出信号が管制部20に出力される。
【0015】管制部20は、リニアスケール46の検出
信号に基づいてモータ42を制御し、測定球30の挿入
量を調節する。また、管制部20は、A/E変換器18
の検出値をマスターの基準値と比較し、測定球30の外
径に換算する。ここで、マスターの基準値とは、測定に
先立って、測定時と同じ条件でマスターを測定した値で
あり、測定条件を変える度に行われる。
【0016】図2に示すように、前記ワーク22の穴2
3は、穴壁に溝24、24…を有する溝部(第2穴に相
当)23Aと、溝のない溝無部(第1穴に相当)23B
とから構成される。溝部23Aは、溝無部23Bと同一
直線状に形成され、溝部23Aの溝24、24…は、穴
23の軸と平行に形成される。また、溝24、24…
は、図3に示すように、穴23の軸を中心として所定の
間隔で形成されている。なお、溝24、24…の形状
は、上述したものに限定されず、例えば、流体軸受の一
部に見られるように、螺旋状に形成されたものでもよ
い。
【0017】前述した測定球30の外径dは、穴23の
内径Dと、要求される感度によって設定され、例えば、
(D−d)が10〜100μm程度になるように設定さ
れる。この(D−d)が小さいほど感度が良くなり、測
定球30の外径が少し変化しただけでも、A/E変換器
18の検出値が大きく変化するようになる。
【0018】次に上記の如く構成された測定装置10の
作用について説明する。
【0019】まず、図1の空気源12から圧縮空気を供
給する。これにより、供給口28Aから穴23に圧縮空
気が噴射され、該圧縮空気が穴23の軸方向に送気さ
れ、溝部23A、溝無部23Bを経て上部開口から外部
に噴射される。
【0020】次に、モータ42を駆動してアーム36を
下降させ、測定球30を穴23Aに挿入する。測定球3
0は、測定球30と穴23の穴壁との隙間を通り抜ける
圧縮空気によって自動求心作用(又は自動調心作用)を
受けて、穴23の中心に自動的に移動しながら下降す
る。
【0021】そして、図2に実線で示すように、測定球
30が溝無部23Bの内部に配置された際に、溝無部2
3Bの穴壁と測定球30との隙間を通過する圧縮空気の
背圧を、A/E変換器18で検出する。この検出値は、
図4に示す溝無部23Bと測定球30との隙間の大きさ
に依存する。したがって、予め求めたマスターの基準値
と比較することによって溝無部23Bの内径に換算でき
る。管制部20は、この内径の換算値から、溝無部23
Bの断面積を算出する。
【0022】次に、続けて下降させた測定球30が、図
2に二点鎖線で示すように、溝部23Aの内部に配置さ
れた際に、圧縮空気の背圧をA/E変換器18で検出す
る。この背圧の検出値は、図3に示した溝部23Aと測
定球30との隙間の大きさに依存する。管制部20は、
溝部23Aを円柱状の穴と仮定し、前記検出値をマスタ
ーの基準値と比較して、前記仮定した穴の内径に換算す
る。そして、この換算値から溝部23Aの断面積を換算
する。
【0023】ところで、図3に示した溝24、24…全
体の断面積は、溝部23Aの断面積から、図4に示した
溝無部23Bの断面積を引いたものに相当する。したが
って、溝部23Aの断面積から、溝無部23Bの断面積
を引くことにより、溝24、24…全体に相当する断面
積が算出される。
【0024】このように本実施の形態の測定装置10
は、溝24を有する溝部23Aの断面積と、溝のない溝
無部22Bの断面積とを比較して溝24、24…全体の
相当断面積を算出するので、溝24、24…の形状を簡
単に測定できる。したがって、溝24、24…が所定の
大きさで加工されてない加工不良品や、溝24の加工が
行われてない未加工品を簡単に検出できる。特に測定装
置10は、溝24、24…全体の相当断面積を算出でき
るので、流体軸受け等の検査に有利である。
【0025】また、測定装置10は、溝部23Aを円柱
状の穴と仮定して溝部23Aの断面積を測定するので、
溝付きのマスターを必要としない。溝付きのマスター
は、精度の良い加工が困難であり、コストも高い。した
がって、測定装置10は、低コストであり、穴23の径
の変更に伴うマスターの交換も容易に対応できる。
【0026】なお、測定装置10で測定する穴23の形
状は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、
穴壁全体に溝が形成された穴(即ち、溝部23Aのみか
ら成る穴)であっても溝形状を測定できる。例えば、溝
を加工する前の円柱状の穴を測定して断面積を算出し、
溝を加工した後に再び測定して断面積を算出する。これ
により、溝全体の相当断面積を精度良く求めることがで
きる。
【0027】また、本発明は、穴壁に溝が形成された穴
であれば溝形状を測定できるので、穴の形状は、角穴で
あってもよい。
【0028】また、上述した実施の形態は、A/E変換
器18で背圧を検出したが、これに限定するものではな
く、A/E変換器18の代わりに流量計を設けて圧縮空
気の流量変化を検出してもよい。この場合も、検出値を
マスターの基準値と比較して穴23の内径に換算する。
【0029】さらに、圧縮空気の背圧や流量の検出に限
定されるものではなく、以下に示すように、測定球30
の受ける抗力や測定球30の変位量を検出してもよい。
【0030】図5は、測定球30が受ける抗力を検出す
る、測定装置48の構造を示すブロック図である。同図
に示す測定装置48は、支持部材32が圧電ピックアッ
プ50を介してアーム36に取り付けられている。圧電
ピックアップ50は、圧縮空気が穴23の穴壁と測定球
30との隙間を通過する際に、測定球30が圧縮空気か
ら受ける抗力を検出し、その検出信号を管制部20に出
力する。管制部20は、圧電ピックアップ50から検出
信号を受信すると、その検出値を、前記同様、マスター
の基準値と比較して穴23の内径に換算する。
【0031】また、圧電ピックアップ50を設ける代わ
りに、アーム36に歪みゲージ(不図示)を取り付け
て、アーム36の歪みを検出してもよい。この場合に
も、マスターの基準値と比較することにより穴23の内
径に換算できる。
【0032】なお、上述した実施の形態は、ワーク22
の穴23に空気を噴射したが、流体を噴射するのであれ
ばよく、空気以外の気体や液体であってもよい。また、
その流体の温度を制御する温度制御手段を設けてもよ
い。
【0033】また、支持部材32は、測定球30が穴2
3の軸と直交方向に移動自在に支持する構造であればよ
い。例えば、図6に示す支持部材32は、剛体で構成さ
れており、該支持部材32の上端に円盤52に取り付け
られている。円盤52は、静圧流体軸受58によって水
平方向にスライド自在に支持される。これにより、測定
球30が自動求心作用を受けると、円盤52がスライド
して測定球30が穴23の中心に配置される。なお、図
6に示した静圧流体軸受58に、図7に示すような位置
検出センサ60、60を設けると、該位置検出センサ6
0によって円盤52の位置、即ち測定球30の水平面上
の位置を検出できる。このように測定球30の位置を検
出することにより、複数の溝24、24…が均等に形成
されているかを検査することができる。即ち、溝24、
24…が均等に形成されてない場合には、測定球30が
穴23の中心からずれるので、これを検知することがで
きる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る溝形状
測定方法及び装置によれば、穴壁に溝のない第1穴と、
穴壁に溝を有する第2穴とを同じ条件で検出し、これら
の検出値から第1穴と第2穴の断面積の差を求めるの
で、第2穴の溝形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る溝形状測定装置の実施の形態の構
造を示すブロック図
【図2】図1に示した溝形状測定装置の特徴部分を示す
断面図
【図3】図2の3−3線に沿う断面図
【図4】図2の4−4線に沿う断面図
【図5】図1と検出方法が異なる溝形状測定装置の構造
を示すブロック図
【図6】図1と異なる測定球の支持構造を示す側面図
【図7】図6の7−7線に沿う断面図
【符号の説明】
10…測定装置、12…空気源、16…レギュレータ、
18…A/E変換器、20…管制部、22…ワーク、2
3…穴、28…測定台、28A…供給口、30…測定
球、32…支持部材、50…圧電ピックアップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−293610(JP,A) 特開2001−349719(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 13/00 - 13/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 穴壁に溝のない第1穴に流体を供給する
    とともに該第1穴に浮子を挿入し、前記流体が前記浮子
    と前記穴壁との隙間を通過する際の背圧、流量、又は前
    記浮子が受ける抗力を検出して第1検出値を取得し、 第1検出値の取得に先立って又は第1検出値の取得後
    に、穴壁に溝を有する第2穴に流体を供給するとともに
    該第2穴に浮子を挿入し、前記流体が前記浮子と前記穴
    壁との隙間を通過する際の背圧、流量、又は前記浮子が
    受ける抗力を検出して第2検出値を取得し、 前記第1検出値と第2検出値とに基づいて第2穴の溝形
    状を測定することを特徴とする溝形状測定方法。
  2. 【請求項2】 穴壁に溝のない第1穴、穴壁に溝を有す
    る第2穴に挿入される浮子と、 前記第1穴、前記第2穴に流体を供給する流体供給手段
    と、 該流体供給手段で供給した流体が、前記第1穴、前記第
    2穴の穴壁と前記浮子との隙間を通過する際の流体の背
    圧、流量、又は前記浮子が受ける抗力を検出する検出手
    段と、 該検出手段で前記第1穴を検出して取得した第1検出値
    と、前記第2穴を検出して取得した第2検出値とに基づ
    いて、前記第2穴の溝形状を測定する測定手段と、 を備えたことを特徴とする溝形状測定装置。
  3. 【請求項3】 前記第1穴と前記第2穴は、共通のワー
    クに形成されることを特徴とする請求項2記載の溝形状
    測定装置。
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