JP3746777B2 - 内径測定装置 - Google Patents

Description

本発明は穴の内径を測定する内径測定装置に関し、さらに詳しくは、互いに一部が連通し、隣接して平行に延びている複数の穴の内径を測定する内径測定装置に関する。

図３は、特許文献１に記載された従来の内径測定装置を、その一部を破断した状態で示す側面図である。

図３に示す従来の内径測定装置１０１は、中心軸線をほぼ合致させて、円筒形部材であるパイプ材１１０に支持される回転軸１０５に取付ける回転軸支持部材１０２と、回転軸支持部材１０２にその中心軸線と直交方向に摺動自在に支持され、回転軸１０５と共にその中心軸線の回りに回転する第１，第２可動部材１０３，１０４と、第１，第２可動部材１０３，１０４をパイプ材１１０の直径方向に正逆に弾性的に付勢する付勢部材１０６，１０７と、第１，第２可動部材１０３，１０４の相対変位量を検出するセンサー１０８とを有している。この内径測定装置１０１は、第１，第２可動部材１０３，１０４の端部にそれぞれ設けられたローラ１０３ａ，１０４ａをパイプ材１１０の内周面に弾性的に接触させて、パイプ材１１０の内径を測定するものである。

この内径測定装置１０１によれば、中心軸線をほぼ合致させてパイプ材１１０に回転軸１０５を支持させ、回転軸１０５を回動駆動すれば、回転軸支持部材１０２及び第１，第２可動部材１０３，１０４が一体に回動する。これにより、付勢部材１０６，１０７によってパイプ材１１０の直径方向に正逆に弾性的に付勢される第１，第２可動部材１０３，１０４がパイプ材１１０の直径の増減に従って伸縮するので、これによる第１，第２可動部材１０３，１０４の相対変位がセンサー１０８によって検出される。このようにして回転軸１０５及び内径測定装置１０１を図示矢印方向に半回転（１８０°回転）させれば、パイプ材１１０の全周にわたる内径を連続的に測定することが可能である。
特開平８−１５２３１８号公報

しかしながら、図３に示した従来の内径測定装置１０１は、その構造上、一度の測定動作で測定できるのは１つの穴だけである。例えば２軸押出機のシリンダに形成されているような、互いに一部が連通し、隣接して平行に延びている２つの穴の内径を同時に測定することはできない。そのため、従来の内径測定装置１０１では、２つの穴の内径を測定する場合にはそれぞれの穴ごとに測定する必要があるので、測定に多くの時間を要する。

また、内径測定装置１０１で測定をする前には、各可動部材１０３，１０４の端部にそれぞれ設けられたローラ１０３ａ，１０４ａ間の距離を、測定しようとする円筒形穴の基準寸法にマイクロメータやノギス等を用いて設定する必要がある。ローラ１０３ａ，１０４ａ間の距離が円筒形穴の基準寸法に精確に設定されるかどうかは、その設定を行う者の熟練度に依る。そのため、実際の測定値の精度には、測定者の技能に応じた個人差が生じてしまう可能性がある。

測定する穴の長さが長い場合には、穴の入口から測定対象部位までの距離に応じて複数本の延長棒を回転軸１０５に継ぎ足して、所望の測定対象部位に内径測定装置１０１を送り込まれる。延長棒を継ぎ足す際には、内径測定装置１０１を穴の中から一度取り出し、延長棒を継ぎ足した後に内径測定装置１０１を再び穴の中に挿入することとなる。通常は、内径測定装置１０１を穴の中に挿入する毎にローラ１０３ａ，１０４ａ間の距離を円筒形穴の基準寸法に精確に設定し直す必要がある。そのため、複数本の延長棒を順次継ぎ足すような場合には、ローラ１０３ａ，１０４ａ間の距離の設定を何度も繰り返す必要があり、その分だけ測定に多くの時間を要することとなる。

さらに、継ぎ足した延長棒の長さがあまりに長くなると、延長棒に生じる振動や撓みの影響が無視できなくなり、内径測定装置１０１による測定の精度が低下することもある。そのため、そのような長さを越える穴の内径を測定する場合には、円筒形部材を複数に分解する必要がある。

また、図３に示した従来の内径測定装置１０１は、測定部であるローラ１０３ａ，１０４ａが測定対象に接触して測定するタイプのものであるため、例えばパイプ材１１０の内周面の周方向に段差がある場合には、測定部が段差に引っ掛かり、それから先の内径が測定できなくなる場合がある。

そこで本発明は、上記に説明したような課題のうちの少なくとも１つを解決することができる内径測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内径測定装置は、互いに一部が連通し、隣接して平行に延びている複数の穴の内径を測定する内径測定装置であって、前記各穴の内径をそれぞれ測定する非接触式の測定手段を複数備えており、前記内径測定装置は前記複数の穴の内部を自走する車台を有しており、前記複数の測定手段は前記車台の上に設けられており、前記車台は、互いに隣接する前記穴同士の連通部に形成された凸部に摺動する溝を有するガイド部材を備えている。

上記本発明の内径測定装置によれば、複数の穴の内径を同時に測定することができるので、測定に要する時間を大幅に低減することが可能になる。また。非接触式の測定手段を用いることにより、穴の内周面（特にその周方向）に凹凸や段差がある場合であっても、良好に内径を測定することが可能になる。さらに、非接触式の測定手段の場合は、その測定基準を定める動作をほぼ自動的に行うことができるので、測定者の個人の技能が測定値の精度に影響を及ぼすことがなくなる。

また、前記内径測定装置は前記複数の穴の内部を自走する車台を有しており、前記複数の測定手段は前記車台の上に設けられている構成となっているので、内径測定装置は、測定対象の穴の内部に奥深くまで進入して内径を測定することが可能になる。そのため、従来技術のように延長棒を継ぎ足したり、測定対象の部材を分解したりする必要がないので、比較的長い穴であっても精度良く迅速に内径を測定することができる。

さらに、前記車台は、互いに隣接する前記穴同士の連通部に形成された凸部に摺動する溝を有するガイド部材を備えている構成となっているので、内径測定装置は、進行方向に対して交わる方向にずれることなく、複数の穴の内部を移動することが可能になる。

また、前記各測定手段は、該測定手段が内径を測定する前記穴の中心を回転中心として回転させられ、該穴の内周面から一定の距離をおいて該内周面の周方向に沿って移動するように構成されていてもよい。

以上説明したように、本発明の内径測定装置によれば、複数の穴の内径を同時に測定することができ、また、穴の内周面に凹凸や段差がある場合であっても良好に内径を測定することができる。

また、複数の穴の内部を自走する車台の上に複数の測定手段を設ける構成とすることにより、内径測定装置は測定対象の穴の内部に奥深くまで進入して内径を測定することが可能になり、比較的長い穴であっても精度良く迅速に内径を測定することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る内径測定装置の概略構成を示す模式図、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図である。

図１に示すように、本実施形態の内径測定装置は車台１を有しており、その車台１の進行方向の前後には車輪２ａ，２ｂが設けられている。これらの車輪２ａ，２ｂは、車台１に対して回転可能に軸支されている車輪軸２ｃにそれぞれ固定されている。車輪２ａが固定されている車輪軸２ｃは、例えば不図示のウォームギアとウォームホイールとからなる駆動伝達手段によって、走行用モータ３によって正逆方向に回転させることが可能になっている。したがって、内径測定装置の車台１は、走行用モータ３の回転方向を正逆方向に切り換えることで前後方向に自走することができる。

また、本実施形態の内径測定装置は、例えば２軸押出機のシリンダに形成されているような、互いに一部が連通し、隣接して平行に延びている２つの円筒形穴の内径を測定するための２つの測定部４を備えている。この測定部４には、レーザー干渉式センサーや渦電流式センサー等の非接触式のセンサーを用いることができる。各測定部４は、支持アーム６を介して各回転軸５にそれぞれ固定されている。各測定部４は、各回転軸５の回転中心に対して所定の距離だけオフセットした状態になっている。支持アーム６は、回転軸５の回転中心に対する測定部４のオフセット距離を、測定対象の円筒形穴の内径に応じて適宜調節できるように構成されている。

また、本実施形態の内径測定装置は、各回転軸５を回転駆動させる回転駆動力を発生する測定部駆動モータ７と、その測定部駆動モータ７が発生する回転駆動力を各回転軸５に伝達する測定部駆動機構８を有している。これにより、各測定部４は、測定部駆動モータ７を駆動させると、各回転軸５を中心として一定の回転半径を持って回転するようになっている（図２の回転軌道円β）。なお、測定部駆動機構８は、２つの回転軸５同士の間隔を、測定対象の２つの円筒形穴の中心間距離に応じて適宜調節できるように構成されている。

さらに、内径測定装置の車台１は、２つの円筒形穴の連通部の凸部（図２参照）に摺動する溝９ａを有する走行ガイド９を備えている。走行ガイド９は、車台１の走行方向の前後部の上下に、合計で４つ設けられている。図２に示されているように、内径測定装置が２つの円筒形穴の内部を走行する際には、走行ガイド９が上記の凸部に沿ってその円筒形穴の長さ方向に摺動する。これにより、内径測定装置は、進行方向に対して交わる方向（進行方向に対する上下・左右方向）にずれることなく、２つの円筒形穴の内部を移動することができる。

なお、各モータ３，７はコントローラ１０に接続されており、各モータ３，７はこのコントローラ１０によってエンコーダ制御されている。そのため、各モータ３，７の回転角度をコントローラ１０で制御することで、車台１の走行距離や測定部４の回転角度範囲を設定することが可能になっている。また、各測定部４はコントローラ１０を介してＰＣ（パーソナルコンピュータ）１１に接続されており、各測定部４による測定結果を電気信号としてＰＣ１１に取り込むことができるようになっている。

次に、本実施形態の内径測定装置を用いて穴の内径を測定する動作について説明する。

まず、支持アーム６を調節して、回転軸５の回転中心に対する測定部４のオフセット距離を測定対象の円筒形穴の内径に応じた距離に設定するとともに、測定部駆動機構８を調節して、２つの回転軸５同士の間隔を測定対象の２つの円筒形穴の中心間距離に応じた距離に設定する。

次に、内径測定装置を測定対象の２つの円筒形穴の内部にセットする。このとき、図２に示すように、内径測定装置の前後上下の４つの走行用ガイド９の溝９ａに、２つの円筒形穴の間の凸部を沿わせる。そして、コントローラ１０によって走行用モータ３を駆動させ、内径測定装置を円筒形穴内の測定部位まで自走させる。なお、走行用モータ３は上述のようにエンコーダ制御されており、内径測定装置の走行距離は走行用モータ３の回転数で管理することができる。内径測定装置が円筒形穴内の測定部位まで到達したら、走行用モータ３の駆動を停止する。

続いて、コントローラ１０によって測定部駆動モータ７を駆動させ、２つの測定部４を、各円筒形穴内でその周方向に沿って、任意の角度範囲で同時に回転させ、各円筒形穴の内径を測定する。このとき、測定部４の先端は、図２に示すように、測定対象の円筒形穴と同心で、その内径αよりも小さな回転軌道円βを描く。そのため、測定部４は回転中に円筒形穴の内面に接触することはない。なお、各測定部４の回転軌道円βは一部重なっているが、各測定部４の回転位相を互いに異ならせることにより、回転する各測定部４が互いに干渉することがないようになっている。

測定部４が渦電流式センサーからなる場合は、渦電流式センサーが有する磁束発生コイルと導体部材からなる円筒形部材に形成された円筒形穴の内周面との間の間隙の変化によって、導体部材中に生ずる渦電流が変化し、コイルのインピーダンスが変化することを利用して、円筒形穴の内径が測定される。また、測定部４がレーザー干渉式センサーからなる場合には、レーザー干渉式センサーの出射部から出射され、円筒形穴の内周面で反射してその入射部に入射したレーザー光の波数や位相差等を検出することによって、円筒形穴の内径が測定される。

いずれにしても、測定部４は、内径を測定する穴の中心を回転中心として回転させられ、その穴の内周面から一定の距離をおいて内周面の周方向に沿って移動するように構成されており、内周面に接触することなく穴の内径を測定できるので、穴の内周面（特にその周方向）に凹凸や段差がある場合でも、その内径を良好に測定することができる。特に、測定部４に渦電流式センサーを用いた場合には、渦電流式センサーが有する磁束発生コイルと導体材料からなる円筒形部材の円筒形穴の内周面との間の隙間の変化によって円筒形部材中に生じる渦電流が変化し、磁束発生コイルのインピーダンスが変化することを利用して、円筒形穴の内径が測定される。そのため、測定する円筒形穴の内周面に非導体材料のプラスチック樹脂等からなる付着物が付着していても、それに影響されることなく、円筒形穴の内径を測定することが可能である。

このようにして各測定部４が測定した円筒形穴の内径のデータは、コントローラ１０を介して接続されたＰＣ１１に取り込まれる。

走行用モータ３を再び駆動させて、内径測定装置を円筒形穴内の次の測定部位まで自走させ、測定部駆動モータ７を駆動させて、２つの測定部４を任意の角度範囲で同時に回転させ、各円筒形穴の内径を測定する上記の動作を繰り返すことにより、円筒形穴内の複数の測定部位における内径を連続して測定することができる。このように連続して測定された円筒形穴内の複数の測定部位における内径はＰＣ１１に順次取り込まれる。そのため、各測定部位における内径を容易に比較することができるので、円筒形穴において内径がどのように変化しているかを把握し易くなる。

本実施形態の内径測定装置は上述したように自走式であるので、測定対象の円筒形穴の内部に奥深くまで進入して内径を測定することが可能である。そのため、従来技術のように延長棒を継ぎ足したり、測定対象の円筒形部材を分解したりする必要がないので、比較的長い穴であっても精度良く迅速に内径を測定することができる。

なお、内径の測定をするにあたっては、測定部４の基準調整（ゼロ点調整）をしておくことが望ましい。この基準調整は、測定対象の２つの円筒形穴の基準寸法に製作した治具内に内径測定装置をセットし、上記と同様に各測定部４を回転させて測定したその治具の内径を、基準内径（ゼロ点）として設定することで行うことができる。その後、測定対象の円筒形穴を測定部４で実際に測定する際には、測定部４はその基準内径（ゼロ点）からの差分を測定することとなる。そのため、測定した円筒形穴の実際の内径寸法は、測定部４の測定値に基準内径を加えることで得られる。

なお、上記では測定対象の円筒形穴が２つである場合を例に説明してきたが、測定対象の円筒形穴は２つ以上であってもよい。この場合、内径測定装置には測定部４がその円筒形穴の数だけ設けられる。

また、本実施形態の内径測定装置が内径を測定できる穴の形状は円筒形に限られず、例えば多角形のような他の形状の穴についても内径を測定することが可能である。

本発明の一実施形態に係る内径測定装置の概略構成を示す模式図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 従来の内径測定装置を、その一部を破断した状態で示す側面図である。

符号の説明

１ 車台
２ａ，２ｂ 車輪
２ｃ 車輪軸
３ 走行用モータ
４ 測定部
５ 回転軸
６ 支持アーム
７ 測定部駆動モータ
８ 測定部駆動機構
９ 走行用ガイド
９ａ 溝
１０ コントローラ
１１ ＰＣ（パーソナルコンピュータ）

Claims (2)

1. 互いに一部が連通し、隣接して平行に延びている複数の穴の内径を測定する内径測定装置であって、
   前記各穴の内径をそれぞれ測定する非接触式の測定手段（４）を複数備えており、
   前記内径測定装置は前記複数の穴の内部を自走する車台（１）を有しており、前記複数の測定手段（４）は前記車台（１）の上に設けられており、
   前記車台（１）は、互いに隣接する前記穴同士の連通部に形成された凸部に摺動する溝（９ａ）を有するガイド部材（９）を備えている内径測定装置。
2. 前記各測定手段（４）は、該測定手段（４）が内径を測定する前記穴の中心を回転中心として回転させられ、該穴の内周面から一定の距離をおいて該内周面の周方向に沿って移動するように構成されている、請求項１に記載の内径測定装置。

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