JP3564637B2

JP3564637B2 - 粗さ測定装置

Info

Publication number: JP3564637B2
Application number: JP2000056875A
Authority: JP
Inventors: 和浩久保田
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JP2001241905A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粗さ測定装置に係り、特にワークに形成された孔の内周面の粗さを周方向に測定する粗さ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークに形成された孔の内周面を粗さ測定する粗さ測定装置は、従来、図８に示すように、触針１を備えたピックアップ（検出器）２と、該ピックアップ２を回転させる回転駆動部３と、該回転駆動部３を支持するコラム４と、ワーク５を載置して位置調節する微動台６と、から構成されている。この粗さ測定装置は、まず、ワーク５を微動台６に載置し、微動台６の位置を調節して、ワーク５の孔７と回転駆動部３の回転軸とを芯合わせする。次いで、ピックアップ２の触針１をワーク５の孔７の内周面に接触させ、回転駆動部３によってピックアップ２を回転させる。そして、このときの触針１の振れ（変位）を測定することによって、孔７の内周面を周方向に粗さ測定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の粗さ測定装置は、回転駆動部３の回転軸とワーク５の孔７の芯とがずれていた場合、触針の振れが大きくなり、粗さ測定を行うことができないという欠点があった。このため、孔７と回転駆動部３とを高い精度で芯合わせしなければならず、芯出し作業に時間がかかるという問題があった。特に、孔７の径が小さい場合には、より注意深く芯出しを行う必要があるため、芯出し作業に多大な時間を要していた。
【０００４】
また、従来の粗さ測定装置は、ピックアップ２自体の変位によって触針１が振れることを防止するため、ピックアップ２の回転精度を高く設定するとともに、ピックアップ２を保持する構造体の剛性を高くする必要があった。したがって、回転駆動部３が高剛性化によって大型化したり、高価な回転駆動部３を用いる必要があるという欠点があった。
【０００５】
さらに、従来の粗さ測定装置は、ピックアップ２が回転駆動部３の駆動軸に固定されていたため、鉛直方向に形成された孔の粗さ測定しかできず、例えば、大型ワークの側壁に形成された孔の粗さ測定を行うことができなかった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、芯出し作業等の準備作業を短時間で容易に行うことができ、且つ、孔の大きさや姿勢に関係なく測定することのできる粗さ測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、ワークに形成された周面に検出器の触針を接触させ、前記検出器を回転させることにより、前記周面の粗さを周方向に測定する粗さ測定装置において、前記検出器と前記検出器を回転させる回転軸部材との間には、前記検出器を前記回転軸部材に揺動自在に支持するとともに、前記検出器を揺動させて前記検出器の測定方向と回転中心との母線のずれを補正する母線調節機構が設けられ、前記検出器は、前記触針とともに前記ワークの周面に接触して前記触針を案内するスキッドを設けたことを特徴とする。また、ワークに形成された周面に検出器の触針を接触させ、前記検出器を回転させることにより、前記周面の粗さを周方向に測定する粗さ測定装置において、前記粗さ測定装置本体には、回転自在であると共に所望の角度位置で固定される固定部材からなる前記検出器の回転量調節機構が設けられ、前記検出器を回転させる回転軸部材の端部に固定された回動部材を前記固定部材に当接させることで前記検出器の回転を終了し、前記検出器は、前記触針とともに前記ワークの周面に接触して前記触針を案内するスキッドを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、母線調節機構が設けられているので、検出器の測定方向と回転中心との母線のずれを補正することができる。また、検出器にスキッドが設けられ、このスキッドによって触針を案内するので、触針の振れが大きくなることを抑制することができる。即ち、検出器の回転軸とワークの周面の中心とが若干ずれている場合であっても、スキッドによって触針の振れを小さくすることができる。したがって、触針を破損させることなく、周面の粗さを測定することができる。これにより、検出器の回転軸とワークの周面との芯合わせを高精度で行う必要がなくなり、芯出し作業を短時間で簡単に行うことができる。また、検出器の回転量を調節する回転量調節機構を設けているので、所望の角度に調節される。
【０００９】
また、本発明によれば、検出器の回転を高精度で行う必要もなくなるため、検出器の回転駆動手段を小型化、軽量化することができるとともに、低コストの回転駆動手段を使用することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、検出器を回転軸部材に揺動自在に取り付け、バランスウェイトで釣り合わせるようにしたので、検出器の姿勢によらず、前記スキッドをワークの周面に当接させることができる。これにより、検出器は、あらゆる姿勢で測定することが可能となり、様々なワーク形状を測定することができる。例えば、水平方向や斜め方向に形成された孔の周面も粗さ測定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る粗さ測定装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００１２】
図１及び図２は、本実施の形態の粗さ測定装置の正面図及び側面図である。
【００１３】
これらの図に示すように、粗さ測定装置１０は、駆動部１２と調整部１４とから構成されている。ここで、図１の奥行き方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、高さ方向をＺ軸方向とする。
【００１４】
調整部１４は、駆動部１２を取り付ける取付台１６と、該取付台１６の位置をＸ軸方向に調整するＸ軸調整機構１８と、取付台１６の位置をＹ軸方向に調整するＹ軸調整機構２０と、取付台１６の位置をＺ軸方向に調整するＺ軸調整機構２２と、取付台１６の傾きを調整する傾き調整機構２４と、から構成されている。
【００１５】
Ｘ軸調整機構１８は、アリ溝がＸ軸方向に形成されたアリ溝部材２６と、前記アリ溝に係合するアリが下面に突出形成されたアリ部材２８とから構成される。アリ部材２８のアリの下端には、ラック（不図示）が形成され、このラックに噛み合うピニオン（不図示）が、アリ溝部材２６に回動自在に支持されている。前記ピニオンは、Ｘ軸調節つまみ３０を回動操作することによって回動し、これによって、ラックが形成されたアリ部材２８がＸ軸方向に移動する。即ち、Ｘ軸調節つまみ３０を回動操作することによって、アリ部材２８がＸ軸方向に移動し、取付台１６がＸ軸方向に調整される。
【００１６】
アリ溝部材２６には、Ｘ軸クランプつまみ３２が設けられており、このＸ軸クランプつまみ３２を回動操作することによって、アリ部材２８がアリ溝部材２６に固定される。
【００１７】
Ｙ軸調整機構２０は、Ｘ軸調整機構１８と同様に構成され、アリ溝がＹ軸方向に形成されたアリ溝部材３６と、前記アリ溝に係合するアリが上面に突出形成されたアリ部材３８とから構成される。アリ部材３８のアリの上端には、ラック（不図示）が形成され、このラックに噛み合うピニオン（不図示）が、アリ溝部材３６に回動自在に支持されている。前記ピニオンは、Ｙ軸調節つまみ４０を回動操作することによって回動し、これによって、アリ溝部材３６がＹ軸方向に移動する。即ち、Ｙ軸調節つまみ４０を回動操作することによって、アリ溝部材３６がＹ軸方向に移動し、取付台１６がＹ軸方向に調整される。なお、アリ部材３８とアリ溝部材３６とは、Ｙ軸クランプつまみ４２を回動操作することによって固定される。
【００１８】
Ｚ軸調整機構２２も、Ｘ軸調整機構１８及びＹ軸調整機構２０と同様に構成され、アリ溝がＺ軸方向に形成されたアリ溝部材４６と、アリが突出形成されたアリ部材４８（Ｘ軸調整機構１８のアリ溝部材２６と一体成形品）とから構成される。アリ部材４８のアリには、ラック（不図示）が形成され、このラックに噛み合うピニオン（不図示）が、アリ溝部材４６に回動自在に支持されている。前記ピニオンは、Ｚ軸調節つまみ５０を回動操作することによって回動し、これによって、ラックが形成されたアリ溝部材４６がＺ軸方向に移動する。即ち、Ｚ軸調節つまみ５０を回動操作することによって、アリ部材４８がＺ軸方向に移動し、取付台１６がＺ軸方向に調整される。なお、アリ部材４８とアリ溝部材４６とは、Ｚ軸クランプつまみ５２を回動操作することによって固定される。
【００１９】
傾き調整機構２４は、ベース５４と、該ベースに正面側（図２中、左側）で揺動自在に連結された揺動台５６とから構成される。ベース５４には、背面側（図２中、右側）に、ねじ５８が鉛直にねじ込まれており、ねじ５８の先端が揺動台５６に当接されている。ねじ５８の先端は、レベリングツマミ６０を回動することによって高さが調節され、これによって、揺動台５６の傾きが調節され、取付台１６がＸ軸に対して角度調節される。ベース５４の下面には、ピン５９、５９が設けられており、このピン５９、５９が定盤（不図示）に形成された孔に挿入されて、粗さ測定装置１０が定盤に位置決めされる。
【００２０】
一方、駆動部１２は、図３に示すように、回転駆動機構部６２、バランス機構部６４、ピックアップ（検出器）６６とから構成されている。
【００２１】
回転駆動機構部６２は、本体６８の内部にモータ７０を有しており、このモータ７０の出力軸にプーリ７２が取り付けられている。また、モータ７０の上方には、中空状の回転軸７４が軸受７６、７６を介して回動自在に支持されている。回転軸７４には、プーリ７８が取り付けられ、このプーリ７８と前記プーリ７２との間に無端状のベルト７９が掛けられている。したがって、モータ７０を駆動させると、モータ７０の回転駆動力が回転軸７４に伝達し、回転軸７４が回転する。
【００２２】
回転軸７４の後端部（図３中、右側）には、回転軸７４の回転量を調節する回転量調節機構８０が設けられている。回転量調節機構８０は、図４に示すように、回転軸７４に固定される回動駒８２と、本体６８に固定される固定駒８４と、本体６８に突出形成された円筒部６８Ａとから構成される。
【００２３】
回転駒８２は、クランプネジ８８によって回転軸７４に固定されており、クランプネジ８８を緩めることによって回転軸７４に対して回動させることができる。また、回転駒８２には、駆動ピン８６が取り付けられている。駆動ピン８６は、回転軸７４の径方向に配設され、回転軸７４を回転させることにより、回転軸７４の回りを周回する。
【００２４】
前記円筒部６８Ａの端面には、開始ピン９０が回転軸７４と平行に配設され、前記回転軸７４の回りを周回する駆動ピン８６に当接した点が測定開始点となる。
【００２５】
固定駒８４は、円筒部６８Ａに外嵌され、クランプネジ９２を締めることによって円筒部６８Ａに固定される。この固定駒８４の内周面には、溝８４Ａが全周にわたって形成されており、この溝８４Ａの内側を前記駆動ピン８６が周回する。また、固定駒８４には、終了ピン９４が溝８４Ａに突出するように設けられており、前記回転軸７４の回りを周回する駆動ピン８６がこの終了ピン９４に当接した点が測定終了点となる。
【００２６】
このように構成された回転量調節機構８０は、駆動ピン８６が開始ピン９０又は終了ピン９４に当接するまで、回転軸７４を回転させることができる。即ち、開始ピン９０と終了ピン９４との角度の分だけ、回転軸７４を回転させることができる。なお、開始ピン９０と終了ピン９４の角度は、クランプネジ９２を緩めて固定駒８４を回動させることによって所望の角度に調節される。また、駆動ピン８６と回転軸７４との相対角度を調節することにより、測定開始点の角度を自在に設定することができる。
【００２７】
図３に示したバランス機構部６４は、前記回転軸７４の先端に固定された円筒状のアーム９６と、該アーム９６の先端に揺動自在に連結された揺動部材９８と、揺動部材９８に取り付けられたスキッド力調整機構１００と、から構成されている。揺動部材９８は、揺動ピン１０２を支点としてアーム９６の先端に揺動自在に取り付けられるとともに、先端側（図３中、左側）にピックアップ６６が連結され、後端側（図３中、右側）にバランスウェイト１０４が連結されている。バランスウェイト１０４は、凹の字を逆さにした形状に形成され、アーム９６に覆い被さるように取り付けられている。このアーム９６とバランスウェイト１０４は、若干の隙間を持って配設され、揺動部材９８が僅かに揺動しても接触しないようになっている。また、バランスウェイト１０４は、揺動ピン１０２を支点とした両側のバランスが前後上下左右に釣り合うように構成されている。なお、スキッド力調整機構１００については後述する。
【００２８】
前記揺動部材９８とピックアップ６６は、母線調節機構１０６を介して連結されている。母線調節機構１０６は、図５に示すように、Ｖ字形状の溝（以下、Ｖ溝と称す）１０８Ａが形成された一対の取付部材１０８、１０８を、Ｖ溝１０８Ａ、１０８Ａが対向するように配置し、さらに、対向するＶ溝１０８Ａ、１０８Ａ同士の間に円柱状のピン部材１１０を介在して構成される。一対の取付部材１０８、１０８同士は、ねじ１１２、１１２によって連結されており、このねじ１１２、１１２の締め込み量を変えることによって、ピン部材１１０を支点としてピックアップ６６が左右に揺動する。これにより、ピックアップ６６の先端がＸＹ面上で移動し、ピックアップ６６の測定方向と回転中心との母線のずれを補正することができる。なお、一方のＶ溝１０８Ａとピン部材１１０とを接着又はロウ付けし、ピン部材１１０の脱落を防止してもよい。
【００２９】
図６は、ピックアップ６６の内部構造を示す断面図である。同図に示すように、ピックアップ６６の内部には、アーム１１４が支点１１６を介して揺動自在に支持されている。アーム１１４の後端部（図６中、右端部）には、コア１１８が取り付けられており、このコア１１８とボビン１１９とから成る差動トランス１２０によってアーム１１４の揺動量を測定することができるようになっている。なお、図６の符号１２１は、測定力設定用ばねであり、この測定力設定用ばねによって、測定力が所定の値に調節される。
【００３０】
また、アーム１１４の先端部（図６中、左端部）には、触針１２２が取り付けられている。触針１２２の先端には、図７に示すように、例えばダイヤモンド製のコンタクト１２４が下向きに取り付けられ、測定時にはこのコンタクト１２４がワーク表面をトレースする。
【００３１】
また、ピックアップ６６の先端部には、図６及び図７に示すように、スキッド１２６が取り付けられている。このスキッド１２６は、板ばね１３０を介してピックアップ６６に取り付けられており、調節ねじ１３２の締め込み量を調節することによってスキッド１２６の角度を調節することができる。また、スキッド１２６の先端の下面には、ルビーボール１２８が固定されている。測定時には、このルビーボール１２８がワーク表面に押圧され、該ルビーボール１２８とコンタクト１２４との相対変位が粗さの測定値となる。なお、φ０．５ｍｍ程度のルビーボール１２８を切り出してスキッド１２６に接着して使用することにより、ピックアップ６６の先端部の全高さｈを小さく（例えば０．７ｍｍ程度に）抑えつつ、粗さ成分のみを測定することができる。これにより、小径（例えばφ１ｍｍ）の孔の内面の粗さを測定することができる。
【００３２】
ルビーボール１２８がワーク表面を押圧する力（スキッド力）は、図３に示したバランス機構部６４内のスキッド力調整機構１００によって調節される。スキッド力調整機構１００は、アーム９６を上方に付勢するばね１３４と、このばね１３４が取り付けられる直動部材１３６とから構成される。直動部材１３６は、ねじ棒であり、ナット１３８を回動することによってＺ軸方向に直動し、これによって、ばね１３４の伸び量が変位してスキッド力が調節される。スキッド力は、例えば、触針１２２のコンタクト１２４が４ｍＮでワーク表面を押圧する場合、２０ｍＮ程度に設定される。なお、ピックアップ６６の自重は、バランスウェイト１０４により揺動ピン回りにバランスされているので、測定方向が変化してもスキッド力は変化せず、常に精度の良い測定が可能となる。
【００３３】
次に、上記の如く構成された粗さ測定装置１０の作用について説明する。以下は、ワークの側面に形成された小径の孔の内周面を粗さ測定する例で説明する。
【００３４】
まず、母線調節機構１０６によって、ピックアップ６６の測定方向と回転中心との母線のずれを補正する。
【００３５】
次に、調整部１４の傾き調整機構２４によって、ピックアップ６６の先端が、ワークの孔と同じ方向を向くように傾きを調節する。そして、調整部１４のＸ軸調整機構１８、Ｙ軸調整機構２０、Ｚ軸調整機構２２によって、ピックアップ６６の先端（即ち、スキッド１２６と触針１２２の先端）を孔の外部に配置する。次いで、ピックアップ６６を１８０°毎に回転させながら、ピックアップ６６の測定方向が孔の左右中心になるように、調整部１４の各調整機構によって調節する。さらに、ピックアップ６６を９０°回転させて横向きにした後、ピックアップ６６を１８０°毎に回転させながら、ピックアップ６６の測定方向が孔の上下中心になるように、調整部１４の各調整機構によって調節する。
【００３６】
次に、回転量調節機構８０のクランプネジ８８、９２を緩めて回転駒８２を回動させ、測定開始を設定した後、クランプネジ８８を締めて回転駒８２を固定する。次いで、固定駒８４と回転駒８２とを回動させてピックアップ６６先端のコンタクト１２４を測定終了点（例えば孔の下端）に合わせながら、駆動ピン８６を終了ピン９０に当接させ、クランプネジ９２を締める。
【００３７】
次に、調整部１４のＸ軸調整つまみ３０を回動操作して駆動部１２をＸ軸方向に移動させ、ピックアップ６６の先端部をワークの孔に挿入する。このとき、スキッド１２６を若干持ち上げて、ピックアップ６６の先端部がワークの接触しないようにする。次いで、スキッド１２６を離して、スキッド１２６のルビーボール１２８と触針１２２先端のコンタクト１２４とを孔の内周面に当接させる。このとき、触針１２２の揺動量を差動トランス１２０で確認して、所定の測定範囲内であれば、測定の準備作業が終了する。
【００３８】
次に、駆動部１２のモータ７０を駆動し、ピックアップ６６を回転させる。これにより、触針１２２のコンタクト１２４がワーク表面に当接しながら円周方向に移動し、触針１２２の揺動量が差動トランス１２０によって測定される。このとき、ピックアップ６６は、スキッド１２６によって案内されるので、触針１２２は粗さだけを検出する。また、ピックアップ６６が揺動自在に、且つバランスウェイト１０４によって釣り合った状態に支持されているので、スキッド１２６は常に適切なスキッド力で孔の内周面を押圧する。したがって、孔の軸とピックアップ６６の回転中心とが若干ずれている場合であっても、スキッド１２６が常に一定のスキッド力で孔の内周面を押圧しながら触針１２２をガイドする。これにより、スキッド力が変動することによってスキッド１２６のたわみの変動分を触針１２２が検出して大きく振れ過ぎることがない。また、触針１２２は、周囲をスキッド１２６で覆われているので、破損することがない。したがって、粗さ測定装置１０によれば、孔の内周面を周方向に粗さ測定することができる。なお、粗さ測定は、回転量調節機構８０の駆動ピン８６が終了ピン９４に当接することによって終了する。
【００３９】
このように本実施の形態の粗さ測定装置１０によれば、ルビーボール１２８と触針１２２との相対位置を測定しているので、回転軸７４と孔とを高精度で芯合わせしなくても、粗さ測定を行うことができる。したがって、回転軸７４と孔との芯合わせを始めとする準備作業を容易、且つ短時間で行うことができる。特に、本実施例では、Ｘ軸調整機構１８、Ｙ軸調整機構２０、Ｚ軸調整機構２２、及び傾き調整機構２４を備えた調整部１４に駆動部１２を取り付けたので、回転軸７４と孔との芯合わせを迅速に行うことができる。
【００４０】
同様に、本実施の形態の粗さ測定装置１０によれば、ルビーボール１２８と触針１２２との相対位置を測定しているので、ピックアップ６６を高精度で回転させなくても、粗さを測定することができる。したがって、ピックアップ６６の回転駆動機構部６２を小型化することができ、軸受７６にアンギュラ玉軸受を使用できる。これにより、粗さ測定装置１０全体を小型化、軽量化することができ、さらにコストも削減することができる。
【００４１】
また、粗さ測定装置１０によれば、ピックアップ６６を揺動自在に支持するとともに、揺動ピン１０２においてピックアップ６６と釣り合うバランスウェイト１０４を設けたので、あらゆる姿勢において精度良く測定を行うことができるようになり、水平方向に形成された孔や斜め方向に形成された孔も測定することができる。
【００４２】
さらに、本実施の形態の粗さ測定装置１０によれば、ピックアップ６６の先端が細く形成されているので、径の小さい孔も測定することができる。
【００４３】
なお、上述した実施の形態は、ワークの側壁に形成された孔を測定する例で説明したが、これに限定するものではなく、円柱状や円筒状に形成されたワークの外周面の粗さを測定することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る粗さ測定装置によれば、触針を案内するスキッドを設けて、触針の振れ過ぎを防止するので、検出器の回転軸とワークの周面との芯合わせを高精度で行わなくても、粗さ測定することができる。また、本発明によれば、検出器が揺動自在に、且つバランスウェイトによって釣り合った状態に支持されるので、あらゆる方向で粗さ測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粗さ測定装置の実施の形態を示す正面図
【図２】図１に示した測定装置の側面図
【図３】図１に示した駆動部の構造を示す断面図
【図４】図３に示した回転量調節機構の構造を示す分解図
【図５】図３に示した母線調節機構の構造を示す分解図
【図６】図３に示したピックアップの断面図
【図７】図６に示したピックアップの先端部分の断面図。
【図８】従来装置の構造を示す概略構造図
【符号の説明】
１０…粗さ測定装置、１２…駆動部、１４…調整部、１８…Ｘ軸調整機構、２０…Ｙ軸調整機構、２２…Ｚ軸調整機構、２４…傾き調整機構、６６…ピックアップ、７０…モータ、７４…回転軸、８０…回転量調節機構、９８…揺動部材、１００…スキッド力調整機構、１０２…揺動ピン、１０４…バランスウェイト、１０６…母線調節機構、１２２…触針、１２４…コンタクト、１２６…スキッド、１２８…ルビーボール

Claims

ワークに形成された周面に検出器の触針を接触させ、前記検出器を回転させることにより、前記周面の粗さを周方向に測定する粗さ測定装置において、
前記検出器と前記検出器を回転させる回転軸部材との間には、前記検出器を前記回転軸部材に揺動自在に支持するとともに、前記検出器を揺動させて前記検出器の測定方向と回転中心との母線のずれを補正する母線調節機構が設けられ、
前記検出器は、前記触針とともに前記ワークの周面に接触して前記触針を案内するスキッドを備えたことを特徴とする粗さ測定装置。
ワークに形成された周面に検出器の触針を接触させ、前記検出器を回転させることにより、前記周面の粗さを周方向に測定する粗さ測定装置において、
前記粗さ測定装置本体には、回転自在であると共に所望の角度位置で固定される固定部材からなる前記検出器の回転量調節機構が設けられ、
前記検出器を回転させる回転軸部材の端部に固定された回動部材を前記固定部材に当接させることで前記検出器の回転を終了し、
前記検出器は、前記触針とともに前記ワークの周面に接触して前記触針を案内するスキッドを備えたことを特徴とする粗さ測定装置。
前記検出器は、駆動手段によって回転駆動される回転軸部材に揺動自在に支持されるとともに、揺動支点を中心に前記検出器と釣り合うバランスウェイトを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の粗さ測定装置。