JP3414362B2 - 外径測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの外径を測
定する外径測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークの外径は、通常、電気マイクロメ
ータによって測定される。電気マイクロメータは、基準
面と、該基準面に対して進退移動するアンビルとによっ
てワークを挟み込み、その際のアンビルの変位量を差動
トランスによって検出することにより、ワークの外径を
測定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気マ
イクロメータは、基準面及びアンビルがワークに直接接
触するため、ワークに傷が付くという欠点があった。特
に、ワークが柔らかい場合には、ワークが変形するた
め、ワークの外径を精度良く測定することができない欠
点があった。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みて成された
もので、ワークの外径を、ワークに傷を付けることなく
測定することができる外径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】本発明は前記目的を達成
するために、球状ワークの外径を測定する外径測定方法
において、前記球状ワークが挿入された穴に流体を供給
して前記球状ワークを浮上した状態で前記穴の中心に自
動求心させ、前記流体が穴内壁と前記球状ワークとの隙
間を通過する際の流体の背圧、流量、又は前記球状ワー
クが受ける抗力、或いは前記球状ワークの変位量を検出
し、該検出値を基準値と比較して前記球状ワークの外径
に換算することを特徴としている。

【０００６】また、本発明は前記目的を達成するため
に、球状ワークの外径を測定する外径測定装置におい
て、前記球状ワークを挿入する穴と、該穴に流体を供給
して前記球状ワークを浮上した状態で前記穴の中心に自
動求心させる流体供給手段と、該流体供給手段で供給し
た流体が穴内壁と前記球状ワークとの隙間を通過する際
の流体の背圧、流量、又は前記球状ワークが受ける抗
力、或いは前記球状ワークの変位量を検出する検出手段
と、該検出手段で検出した検出値を基準値と比較して前
記球状ワークの外径に換算する換算手段と、を備えたこ
とを特徴としている。

【０００７】本発明によれば、ワークを穴に挿入して流
体を供給すると、供給した流体が穴内壁とワークとの隙
間を通過して、ワークが穴の中心に自動的に配置される
（自動求心作用）。したがって、流体を穴に供給した際
の物理量の変化を検出し、該検出値をマスターの基準値
と比較することにより、ワークの外径を精度良く測定す
ることができる。これにより、ワークは非接触状態で測
定されるので、測定時にワークが傷付くことがない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るワークの外径測定、特に球状に形成されたワークの外
径測定方法及び装置の実施の形態について説明する。な
お、本願の形状ワークは球のみに限定されるものではな
く、球の変形や卵形等も含むものである。

【０００９】図１は、第１の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
通される供給口２８Ａが形成されるとともに、測定筒２
２が載置される。測定筒２２には、ワーク３０を挿入す
る円柱状の基準穴２２Ａが形成されており、この基準穴
２２Ａが前記供給口２８Ａ上に配置される。供給口２８
Ａ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と測定筒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から基準穴２
２Ａに噴射される。噴射された圧縮空気は、基準穴２２
Ａの内壁とワーク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。ワーク３０の外径が異なる場
合、圧力が微小変化し、管制部２０は、変化した電気信
号に基づいてワーク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】前記測定筒２２の上方にはアーム３６が昇
降自在に設けられており、該アーム３６の先端部に抑え
部材３２が垂設されている。抑え部材３２は、ワーク３
０よりも小さい径の円柱状に形成され、鉛直方向に支持
される。抑え部材３２の下端面は、基準穴２２Ａの軸と
直交方向に形成され、この下端面が平滑に加工される。
抑え部材３２は、アーム３６を昇降させることにより基
準穴２２Ａに出し入れされる。

【００１３】前記基準穴２２Ａは、図２に示すように、
測定するワーク３０よりも若干大きく形成される。即
ち、基準穴２２Ａの内径Ｄは、測定するワーク３０の外
径ｄと、要求される感度によって設定し、例えば、（Ｄ
−ｄ）が１０〜１００μｍ程度になるように設定する。
この（Ｄ−ｄ）が小さいほど感度が良くなり、ワーク３
０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。

【００１４】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。

【００１５】まず、図３（ａ）に示すように、測定筒２
２の基準穴２２Ａにワーク３０を挿入する。ワーク３０
は、球状に形成されているので、基準穴２２Ａに挿入し
た際に基準穴２２Ａの内壁に接触しても、ワーク３０に
傷が付くことがない。

【００１６】次に、図３（ｂ）に示すように、抑え部材
３２を基準穴２２Ａに挿入した後、空気源（図１参照）
１２から圧縮空気を供給し、供給口２８Ａから圧縮空気
を噴射する。これにより、ワーク３０は、図３（ｃ）に
示すように、噴射された圧縮空気を受けて浮上する。浮
上したワーク３０は、抑え部材３２の下端面に当接し、
浮上した状態に維持される。前記圧縮空気は、ワーク３
０と基準穴２２Ａの内壁との隙間を通り抜けて上部開口
から外部に吹き出す。このときの背圧は、ワーク３０と
基準穴２２Ａの内壁との隙間の大きさに依存するので、
背圧をＡ／Ｅ変換器１８で検出し、管制部２０でこの検
出値をマスターの基準値と比較することにより、ワーク
３０の外径に換算することができる。なお、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。

【００１７】測定時におけるワーク３０には、基準穴２
２Ａの内壁とワーク３０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）が働き、ワ
ーク３０が基準穴２２Ａの中心に自動的に移動する。即
ち、図２に二点鎖線で示すように、抑え部材３２に当接
したワーク３０が基準穴２２Ａの中心からずれていた場
合、球状のワーク３０が、抑え部材３２の平滑な下端面
を転がり、図２に実線で示すように基準穴２２Ａの中心
に移動する。したがって、圧縮空気は、ワーク３０の回
りに略均等に形成された隙間を通り抜けることになり、
このときの背圧を検出することによってワーク３０の外
径を精度良く求めることができる。

【００１８】測定終了後、空気源１２による圧縮空気の
供給を停止し、測定筒２２を測定台２８から外すことに
より、ワーク３０を傷つけることなく、取り出すことが
できる。

【００１９】このように本実施の形態の測定装置１０に
よれば、ワーク３０が浮上した状態で測定されるので、
ワーク３０に傷を付けることなく、ワーク３０の外径を
測定することができる。

【００２０】また、測定装置１０によれば、ワーク３０
が自動求心作用によって自動的に基準穴２２Ａの中心に
配置されるので、ワーク３０の外径を精度良く測定する
ことができる。

【００２１】さらに、測定装置１０は、基準穴２２Ａの
大きさの異なる測定筒２２に交換することにより、様々
な大きさのワーク３０の測定に簡単に対応することがで
きる。

【００２２】なお、上述した実施の形態は、ワーク３０
を基準穴２２Ａに挿入した後に圧縮空気を基準穴２２Ａ
に噴射したが、圧縮空気を噴射した基準穴２２Ａにワー
ク３０を挿入してもよい。

【００２３】また、上述した実施の形態では、測定台２
８と測定筒２２を別々に構成したが、一体的に形成して
もよい。

【００２４】また、上述した実施の形態は、背圧を検出
したが、これに限定するものではなく、圧縮空気が基準
穴２２Ａの内壁とワーク３０との隙間を通過する際の圧
縮空気の流量を検出してもよい。この場合も上述した測
定装置１０と同様に、管制部２０が、検出値をマスター
の基準値と比較することによって、ワーク３０の外径を
精度良く求めることができる。

【００２５】さらに、本発明は、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、
圧縮空気が基準穴２２Ａの内壁とワーク３０との隙間を
通過する際の、ワーク３０の受ける抗力やワーク３０の
変位量を検出してもよい。

【００２６】図４は第２の実施の形態の測定装置４０の
構造を示すブロック図であり、図１に示した第１の実施
の形態の測定装置１０と同一又は類似の部材については
同一の符号を付してその説明は省略する。

【００２７】同図に示す測定装置４０は、ワーク３０の
受ける抗力を検出する装置であり、抑え部材３２が圧電
ピックアップ４２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４２は、圧縮空気が基準穴２２
Ａの内壁とワーク３０との隙間を通過する際に、ワーク
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４２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ワーク３０の外径
に換算する。

【００２８】なお、測定装置４０では、ワーク３０が受
ける抗力を検出する手段として圧電ピックアップ４２を
挙げて説明したがこれに限定するものではなく、次に述
べるように、例えば歪みゲージ等で検出してもよい。

【００２９】図５に示す測定装置４６は、圧電ピックア
ップ４２の代わりに、アーム３６に歪みゲージ４８が取
り付けられ、この歪みゲージ４８によってアーム３６の
歪みを検出する。管制部２０は、圧縮空気が基準穴２２
Ａの内壁とワーク３０との隙間を通過する際に、歪みゲ
ージ４８から検出信号を受信し、アーム３６の歪み特性
からワーク３０の変位量を求め、さらにこの値をマスタ
ーの基準値と比較してワーク３０の外径に換算する。

【００３０】なお、上述した第１、２の実施の形態にお
いて、ワーク３０が金属等の磁性体で構成されている場
合には、以下に示すように、磁力によってワーク３０を
抑え部材３２に吸着支持してもよい。

【００３１】図６に示す抑え部材３２は、ピアノ線等の
弾性体で構成されており、その下端に、ブラケット５２
を介して円柱状のマグネット５４が取り付けられてい
る。ブラケット５２は、下部がマグネット５４の下面よ
りも突出して形成されるとともに、その突出部の内側に
テーパが形成される。これにより、ワーク３０は、マグ
ネット５４によってブラケット５２の下端に吸着支持さ
れる。このワーク３０を、圧縮空気が供給された基準穴
２２Ａに挿入すると、抑え部材３２が弾性変形し、ワー
ク３０が基準穴２２Ａの中心に配置される。

【００３２】このように、磁力によってワーク３０を抑
え部材３２に吸着支持する測定装置は、基準穴２２Ａの
測定開始時や測定終了時に、ワーク３０と抑え部材３２
を同時に基準穴２２Ａに出し入れすることができ、作業
を簡単に行うことができる。また、ワーク３０が磁力に
よってマグネット５４に吸着支持されるので、ワーク３
０を浮上させる必要がなく、基準穴２２Ａの内径測定を
迅速に行うことができる。

【００３３】なお、マグネット５４の代わりに、電磁石
を設けてもよい。この場合には、測定時に、電磁石への
電流を停止することにより、ワーク３０がより滑らかに
基準穴２２Ａの中心に移動する。

【００３４】ところで、上述した第１、２の実施の形態
では、基準穴２２Ａ側を固定し、ワーク３０を基準穴２
２Ａの軸と直交方向に移動自在にしたが、以下に示すよ
うに、ワーク３０を固定し、基準穴２２Ａ側をその軸と
直交方向に移動させてもよい。

【００３５】図７は、第３の実施の形態の測定装置の概
略構造を示す断面図である。

【００３６】同図に示すように、測定筒２２は、コネク
タ５６を介してＡ／Ｅ変換器１８に連通されており、一
定圧力に調整された圧縮空気がコネクタ５６を介して基
準穴２２Ａに噴射される。測定筒２２の外周面には全周
にわたって凸条部２２Ｂが形成され、該凸状部２２Ｂが
静圧流体軸受５８に支持される。静圧流体軸受５８は、
空気源６０からレギュレータ６２を経て供給された一定
圧力の圧縮空気を、前記凸条部２２Ｂの上面、及び下面
に吹き付け、前記測定筒２２を浮上支持する。これによ
り、測定筒２２は、水平方向にスライド自在に支持され
る。

【００３７】一方、抑え部材３２は、ワーク３０よりも
小さい外径の円筒状に形成されるとともに、水平方向に
おいて固定される。抑え部材３２の内部は、負圧発生源
６４に連通され、該負圧発生源６４を駆動することによ
り抑え部材３２の下端からエアを吸引する。抑え部材３
２の下端にはゴム等の弾性体から成るリング状のシール
材６６が配設される。これにより、負圧発生源６４を駆
動することによってワーク３０を抑え部材３２の下端に
吸着支持することができる。

【００３８】上記の如く構成された測定装置は、ワーク
３０に自動求心作用が働くと、測定筒２２がワーク３０
に対して相対移動し、ワーク３０が基準穴２２Ａの中心
に配置される。これにより、ワーク３０の外径が精度良
く測定される。

【００３９】なお、上述した第１、２の実施の形態で
は、圧縮空気の供給を停止して測定筒２２を測定台２８
から外すことにより、ワーク３０を基準穴２２Ａから取
り出したが、ワーク３０の取出方法は、これに限定する
ものではない。例えば、圧縮空気を基準穴２２Ａに噴射
しながら、抑え部材を基準穴２２Ａから上方に抜くこと
により、ワーク３０を基準穴２２Ａの上方から取り出し
てもよい。この場合、基準穴２２Ａの上端部にテーパを
形成しておくと、抑え部材３２を基準穴２２Ａから抜い
た際にワーク３０がテーパの位置に留まるので、ワーク
３０を簡単に回収することができる。また、基準穴２２
Ａの上端部にテーパを形成すると、ワーク３０を基準穴
２２Ａに挿入する操作も簡単になる。

【００４０】また、上述した第１、２の実施の形態で
は、測定筒２２の基準穴２２Ａに圧縮空気を噴射した
が、空気以外の気体や液体を噴射してもよい。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。

【００４１】また、図１に示した測定装置１０におい
て、ワーク３０が中空に浮いた状態のまま、測定を行っ
てもよい。即ち、ワーク３０が流体の噴射によって受け
る浮力と、ワーク３０の自重とが釣り合うことにより、
ワーク３０が抑え部材３２に当接せずに中空に維持され
る状態で背圧や流量を検出する。この場合も同じ条件で
測定したマスターの基準値と比較することにより、ワー
ク３０の寸法を精度良く求めることができる。

【００４２】また、上述した実施の形態において、Ａ／
Ｅ変換器１８から出力された検出信号を、管制部２０で
Ａ／Ｄ変換し、高周波成分を除去することにより、ワー
ク３０の振動成分を除去してもよい。これにより、測定
精度をさらに向上させることができる。

【００４３】図８は、ワーク３０を基準穴２２Ａに自動
で出し入れするための自動出入装置の一例を示す斜視図
である。

【００４４】同図に示すように、測定筒２２の上方に
は、回転盤６８が設けられている。回転盤６８は、外周
部に所定の間隔でＵ字溝６８Ａ、６８Ａ…が形成されて
おり、図示しない駆動装置を駆動することにより回転す
る。この回転盤６８には、ワーク３０を搬送する３つの
レール７０、７２、７４が接続されている。レール７
０、７２、７４の先端部にはそれぞれ、シャッタ７６、
７８、８０が上下にスライド自在に設けられ、該シャッ
タ７６、７８、８０によってＵ字溝６８Ａとレール７
０、７２、７４とが遮断される。

【００４５】この自動出入装置において、ワーク３０
は、レール７０によって搬送され、シャッタ７６を昇降
することによって一つずつＵ字溝６８Ａに挿入される。
Ｕ字溝６８Ａに挿入されたワーク３０は、回転盤６８を
時計方向に回転させることにより、基準穴２２Ａの上方
に配置される。基準穴２２Ａの上方に配置されたワーク
３０は、シリンダのロッド８２を伸長させることによ
り、圧縮空気が噴射された基準穴２２Ａの内部に挿入さ
れ、外径が測定される。

【００４６】測定が終了したワーク３０は、ロッド８２
を縮めることによって回転盤６８のＵ字溝６８Ａの内部
に移動される。そして、回転盤６８を回転し、Ｕ字溝６
８Ａをレール７２又は７４に連通させることにより、ワ
ーク３０をレール７２又は７４に送り出す。このとき、
基準穴２２Ａで測定したワーク３０の測定値に応じてワ
ーク３０を分類し、ワーク３０の送り出し先をレール７
２とレール７４で選択する。例えば、ワーク３０の測定
値が所定の範囲内に収まっていた場合には、該ワーク３
０を合格品としてレール７２に送り出し、ワーク３０の
測定値が所定の範囲から外れていた場合には、該ワーク
３０を不合格品としてレール７４に送り出す。これによ
り、ワーク３０を基準穴２２Ａに自動で出し入れして測
定することができるとともに、その測定値に応じてワー
ク３０を分類することができる。

【００４７】このように、測定装置１０は、簡易な構造
の自動出入装置を取り付けることができ、多数のワーク
３０を連続して簡単に測定することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る外径測
定方法及び装置によれば、流体を供給した穴にワークを
挿入して該ワークを非接触状態で測定するので、測定時
のワークに傷が付くことを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外径測定装置の第１の実施の形態
の構造を示すブロック図

【図２】図１に示した外径測定装置の特徴部分を示す断
面図

【図３】図１に示した外径測定装置の作用を示す説明図

【図４】本発明に係る外径測定装置の第２の実施の形態
の構造を示すブロック図

【図５】図４と検出方法が異なる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断面図

【図７】本発明に係る外径測定装置の第３の実施の形態
の構造を示すブロック図

【図８】基準穴にワークを出し入れする自動出入装置を
示す斜視図

【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…測定筒、２
２Ａ…基準穴、２８…測定台、２８Ａ…供給口、３０…
ワーク、３２…抑え部材、４２…圧電ピックアップ、４
８…歪みゲージ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−186009（ＪＰ，Ａ) 特公 昭26−4492（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 13/00 - 13/24

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球状ワークの外径を測定する外径測定方
   法において、前記球状ワークが挿入された穴に流体を供給して前記球
   状ワークを浮上した状態で前記穴の中心に自動求心さ
   せ、 前記流体が穴内壁と前記球状ワークとの隙間を通過する
   際の流体の背圧、流量、又は前記球状ワークが受ける抗
   力、或いは前記球状ワークの変位量を検出し、 該検出値を基準値と比較して前記球状ワークの外径に換
   算することを特徴とする外径測定方法。
2. 【請求項２】 球状ワークの外径を測定する外径測定装
   置において、 前記球状ワークを挿入する穴と、 該穴に流体を供給して前記球状ワークを浮上した状態で
   前記穴の中心に自動求心させる流体供給手段と、 該流体供給手段で供給した流体が穴内壁と前記球状ワー
   クとの隙間を通過する際の流体の背圧、流量、又は前記
   球状ワークが受ける抗力、或いは前記球状ワークの変位
   量を検出する検出手段と、 該検出手段で検出した検出値を基準値と比較して前記球
   状ワークの外径に換算する換算手段と、 を備えたことを特徴とする外径測定装置。
3. 【請求項３】 前記球状ワークの抑え部材を設けたこと
   を特徴とする請求項２記載の外径測定装置。
4. 【請求項４】 前記球状ワークは、前記抑え部材に磁力
   によって吸着されることを特徴とする請求項３記載の外
   径測定装置。
5. 【請求項５】 前記流体は、空気であることを特徴とす
   る請求項２、３、又は４のうちいずれか１項に記載の外
   径測定装置。