JP4968426B2 - 内径測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、シリンダなどの内孔のボア径を測定する内径測定装置に関するものである。

シリンダ等の内孔を有するワークのボア内径を測定する方法として、位置決めされたワークに対し、内孔内で直径方向に測定子を移動させ、内孔の直径方向両端で内孔壁に接触する測定子の位置や移動量を測定することで内径を求める方法が知られている。該測定方法では、例えばリニアスケールに測定子を連結し、該測定子の移動に伴う位置変位量をリニアスケールで測定することでボア径を知ることができる。
しかし、上記した測定方法では、測定子の移動を直径方向で行えるように、ワークの位置決めを正確に行った上で、直径方向に移動するように測定子を配置することが必要であり、ワークの位置や測定子の移動位置がずれていると正確な内径測定を行えないという問題がある。

これに対し、ワークの正確な位置決めを要することなく内径の測定を可能とした内径測定装置も提案されている（特許文献１、２参照）。
特許文献１では、ワークの円筒状空間内のセンタリング中心から均等にかつ放射状に張り出す少なくとも３つの張り出しプレートをワークに当接するまで張り出させてワークの芯出しを行い、芯出しまでの張り出しプレートの移動量から円筒状空間の内径を検出する測定装置が提案されている。
特許文献２では、測定子の径方向移動に対する直交方向にワークを微調整移動させて、測定子の移動が直径方向に沿ってなされるようにして正確なボア径測定を可能にした測定装置が提案されている。ワークの微調整移動は、ワーク台座を移動させる調整ネジの操作によって行われる。
特開平６−１８５９４０号公報 特開平１０−３０７０１７号公報

しかし、従来の上記測定装置では、特許文献１に示すものでは複雑な機構が必要とされ、装置構成が複雑になってコストが増大するという問題がある。一方、特許文献２に示すものでは、ワークを微調整するための作業が必要であり、効率が悪いとともに、調整操作を正確に行うための作業負担が大きいという問題がある。また、調整作業に手間がかかるなどして測定作業に長い時間を要するため、ライン上のワークに対し、迅速にボアの測定を行いたいという要請に応えることができない。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、複雑な機構や面倒な調整作業などを必要とすることなく、迅速かつ正確に被測定物のボア径を測定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。

以上説明したように、本発明の内径測定装置のうち、請求項１記載の発明は、内孔を有する被測定物のボア径を測定する内径測定装置において、前記内孔に接触して該内孔内面の周方向に沿って移動可能な測定子を有し、該測定子を前記内孔の径方向に移動させることによって該測定子を前記内孔に接触させつつ該内孔内面の周方向に沿って移動させて前記ボア径を測定するリニアスケール本体と、該リニアスケール本体を支持する支持部とを備え、前記リニアスケール本体と支持部との間に、前記測定子の径方向への移動方向と交差する方向に前記リニアスケール本体をガイドし、かつ前記測定子が前記内孔に接触して前記径方向に移動させられることによって生じる推力によって前記ガイドに沿って前記リニアスケール本体の移動が可能になるリニアガイドが介装されていることを特徴とする。

請求項２記載の内径測定装置の発明は、請求項１記載の発明において、前記測定子は、測定子の移動方向において位置を異にして２つ設けられていることを特徴とする。

請求項３記載の内径測定装置の発明は、請求項２記載の発明において、前記２つの測定子は、測定子の移動方向における離間距離が調整可能であることを特徴とする。

本発明によれば、リニアスケール本体に備える測定子を内孔内に配置し、該測定子を内孔の略径方向に移動させることで測定子が内孔内壁の一方側に当接する。さらに測定子を移動させると、内孔内壁に倣いつつ測定子が移動しようとして、測定子の移動方向と交差する方向に推力が発生し、支持部で支持されているリニアスケール本体をリニアガイドに沿って移動させる。該リニアスケール本体の移動に伴って測定子も移動し、測定子が移動する方向と平行な直径方向の端部位置にまで測定子が移動すると、その時点で交差方向への移動力が失われる。この際の測定子の位置または移動量をリニアスケール本体で測定する。前記リニアガイドは前記測定子の移動方向と直交する方向に前記リニアスケール本体をガイドするように介装されているものとすることができる。

さらに、該測定子を内孔内で前記の移動方向と反対の方向で略径方向に移動させると測定子が内孔内壁の他方側に当接する。この測定子は前記の測定子と同一でもよく、また他の測定子であってもよい。さらに測定子を上記方向に移動させると、測定子は内孔内壁に倣いつつ移動しようとする推力が測定子の移動方向と交差する方向に発生し、リニアスケール本体をリニアガイドに沿って移動させる。該リニアスケール本体の移動に伴って測定子も移動し、測定子移動方向に平行な直径方向の端部位置にまで測定子が移動し、そして交差方向への推力がなくなる。この際の測定子の位置または移動量をリニアスケール本体で測定する。上記直径方向は共通しており、該直径方向での両端側で測定した測定子の移動量等の測定結果により内径を算出することができる。

なお、測定子は、内孔内壁面に倣って移動できることが必要であり、さらに内孔内壁面を傷つけないことが望ましい。これらの点から測定子は回転ローラで構成し、その材質も合成樹脂により構成することができる。なお、測定子は、内孔内壁に接触した際に弾性変形をするような軟質なものでは、測定精度を低下させるので、硬質の合成樹脂が望ましい。

上記測定子の移動は、モータなどにより駆動させる他、手動により移動させるものであってもよい。リニアスケール本体には、上記測定子の移動量や位置を検知するセンサを設け、その結果を表示したり、信号として出力可能とする。センサは光学的なものや磁気的なものなどを用いて移動結果を検知するものの他、ステッピングモータに対する駆動電圧から移動量を検知することができる。要は、本発明として検知方法は特に限定されるものではなく、測定子の移動量または移動位置を測定できるものであればよい。

なお、測定子は、一つの他、複数を備えるものであってもよく、その移動方向において位置が異なるように配置することができ、好適には移動軸線上にそって配置する。２つの測定子を設ければ、内孔の直径方向両端側でそれぞれの測定子を用いて測定を行うことができ、測定子の移動距離を小さくして迅速な測定が可能になる。
また、二つの測定子を設ける場合、移動方向における両者の離間距離を変更可能としてもよい。これにより、内孔内径が異なる被測定物を測定しようとする際に、上記離間距離を調整して、二つの測定子を用いた測定を可能にし、また、迅速な測定を行えるように測定子の移動量を調整できる。さらには、離間距離の調整（小さくする）によりリニアガイドによるスライド量（位置ずれ許容差）を大きくすることができる。

以上説明したように、本発明の内径測定装置によれば、内孔を有する被測定物のボア径を測定する内径測定装置において、前記内孔に接触して該内孔内面の周方向に沿って移動可能な測定子を有し、該測定子を前記内孔の径方向に移動させることによって該測定子を前記内孔に接触させつつ該内孔内面の周方向に沿って移動させて前記ボア径を測定するリニアスケール本体と、該リニアスケール本体を支持する支持部とを備え、前記リニアスケール本体と支持部との間に、前記測定子の径方向への移動方向と交差する方向に前記リニアスケール本体をガイドし、かつ前記測定子が前記内孔に接触して前記径方向に移動させられることによって生じる推力によって前記ガイドに沿って前記リニアスケール本体の移動が可能になるリニアガイドが介装されているので、特別な制御機構・装置を用いることなく、単に、リニアスケールの測定方向への測定子の移動のみで、直径方向端部位置に測定子を自動的に位置合わせして測定を行うことができる。これにより複雑な機構を要することなく正確な内径測定を行うことができ、また、測定作業も容易で迅速に行うことができ、位置決めがなされていないライン上のワークなどに対する内径測定も容易に行うことができる。

以下に、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
内径測定装置１は、リニアスケール本体２と、該リニアスケール本体２をリニアガイド３を介して支持する支持部である支持アーム４とを備えている。
リニアスケール本体２は、該本体の下面側に、長手方向に沿って移動可能に移動プレート２０が設けられており、該移動プレート２０に固定・垂下された中心軸２１ａ、２２ａに第１測定ローラ２１と第２測定ローラ２２とが回転可能に取付けられている。第１測定ローラ２１と第２測定ローラ２２とは、移動プレート２０の移動方向軸線上にあって、互いに間隙を有して配置されている。リニアスケール本体２内には、前記移動プレート２０を移動させるモータからなるアクチュエータ２３が配置されており、該アクチュエータ２３には、該アクチュエータ２３を動作させる電源２４が接続されており、該電源２４は、ＣＰＵ２５により制御されている。ＣＰＵ２５には、ＣＰＵ２５を動作させるプログラムの保存やデータの一時記憶、プログラムのワークエリアなどとして用いられる記憶部２６が接続されている。記憶部２６は、ＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤなどにより構成される。また、リニアスケール本体２には、上記移動プレート２０の移動量を検知する位置変位センサ（図示しない）が設けられており、該位置変位センサの出力は、前記ＣＰＵ２５に出力されている。

上記リニアスケール本体２の上面側には、上記移動プレート２０の移動方向と直交する方向に沿ってガイドレール３０が設置固定されている。該ガイドレール３０には、両側面に摺動溝３１、３１が長手方向に沿って形成されている。また、該ガイドレール３０の両側には、長手方向両端部においてストッパ３２…３２が設置固定されている。なお、本発明としては、ガイドレール３０は、移動プレート２０の移動方向と直交しなくても交差する方向に沿ったものであればよいが、効率的な測定のためにはガイドレール３０は上記移動方向と直交するのが望ましい。

一方、支持アーム４は、上記ガイドレール３０の長手方向に伸長しており、上記ガイドレール３０の僅かに上方に設置されている。また、支持アーム４の下面には、上記ガイドレール３０の両側方に位置するガイド部３３、３３が固定されており、該ガイド部３３、３３の内側面には、前記摺動溝３１、３１に摺動可能に接触する摺動突部３４、３４が形成されており、これら構成によりリニアガイド３が構成されている。
上記リニアガイド３によって、支持アーム４に対し、リニアスケール本体２がガイドレール３０の長手方向に沿って極めて小さい摩擦状態で摺動可能になっている。なお、リニアスケール本体２が摺動する際に、ガイド部３３が前記ストッパ３２に当たることで、摺動範囲が制限されて、リニアスケール本体２の抜け落ちが防止されている。

以下に、本発明の内径測定装置の動作について図２、３に基づいて説明する。
被測定物としてシリンダ１０を用意し、該シリンダ１０の内孔１１内に上記測定ローラ２１、２２が位置するように、支持アーム４およびリニアスケール本体２を配置する（ステップＳ１）。この際に、支持アーム４およびリニアスケール本体２は、シリンダ１０の上方側に位置している。
次いで、第１測定ローラ２１と第２測定ローラ２２とを初期位置にセットする（ステップＳ２）。この移動は、ＣＰＵ２５からの指令によって電源２４を制御してアクチュエータ２３を動作させ、移動プレート２０を移動させることにより行う。この際に、第１測定ローラ２１および第２測定ローラ２２の移動量を検知する位置変位センサをリセットし、初期位置を第１測定ローラ２１の移動側最端面位置とする。

次いで、上記アクチュエータ２３の動作により、移動プレート２０を第１測定ローラ２１側に移動させる（ステップＳ３）。すると、第１測定ローラ２１は、移動によって内孔１１の壁面に接触するに至る（図２（ａ））。移動プレート２０は、さらに同方向に移動する駆動力がアクチュエータ２３から加えられており、該駆動力により、第１測定ローラ２１は、内孔１１の内面形状に従って、移動プレート２０の移動方向に平行な直径方向端部にまで回転しつつ移動しようとする。この作用は、第１測定ローラ２１の中心軸２１ａを通してリニアスケール本体２に伝達され、該リニアスケール本体２を前記リニアガイド３に沿って移動させる。リニアスケール本体２の移動では、ガイド部３３の摺動突部３４に対しガイドレール３０が摺動することによりなされる。

第１測定ローラ２１が内孔１１内面に倣って上記直径方向端部位置にまで移動すると（図２（ｂ））、それ以上には直径方向およびこれと交差する方向に移動することはなく、移動プレート２０の移動は停止する。該停止状態は、位置変位センサからの出力結果に基づいて前記ＣＰＵ２５で変位量が一定時間増減しないことから判定することができ（ステップＳ４）、停止判定に伴ってアクチュエータ２３による駆動を停止する（ステップＳ５）。この状態で第１測定ローラ２１の第１移動量がＣＰＵ２５によって得られる（ステップＳ６）。該第１移動量は、ＣＰＵ２５によってデータとして記憶部２６に記憶する。

次いで、アクチュエータ２３を動作させて、移動プレート２０を第２測定ローラ２２側に移動させて、第１測定ローラ２１と第２測定ローラ２２とを再度、初期位置にセットする（ステップＳ７）。また、第１測定ローラ２１および第２測定ローラ２２の移動量を検知する位置変位センサをリセットし、初期位置を第２測定ローラ２２の移動側最端面位置とする。なお、この初期位置セットを行うことなく、以降で説明する第２測定ローラ２２側での測定を行うことも可能である。

上記初期位置セットを行った後、アクチュエータ２３を動作させて移動プレート２０を第２測定ローラ２２側に移動させる（ステップＳ８）。すると、第２測定ローラ２２は、移動によって内孔１１の壁面に接触するに至る（図２（ｃ））。移動プレート２０は、さらに同方向に移動する駆動力がアクチュエータ２３から加えられ、第２測定ローラ２２は、内孔１１の内面形状に従って、移動プレート２０の移動方向に平行な直径方向端部にまで回転しつつ移動しようとする。この作用は、第２測定ローラ２２の中心軸２２ａを通してリニアスケール本体２に伝達され、該リニアスケール本体２を前記リニアガイド３に沿って移動させる。これに連れて第２測定ローラ２２は、上記直径方向端部に移動する。

第２測定ローラ２２は内孔１１内面に倣って上記直径方向端部位置にまで移動するとそれ以上には移動せず停止する（図２（ｄ））。該停止状態は、位置変位センサからの出力結果に基づいて前記ＣＰＵ２５で変位量が増減しないことから判定され（ステップＳ９）、停止判定に伴ってアクチュエータ２３による駆動を停止する（ステップＳ１０）。この状態で第２測定ローラ２２の第２移動量がＣＰＵ２５によって得られる（ステップＳ１１）。該第２移動量は、ＣＰＵ２５によって前記記憶部２６に記憶される。
ＣＰＵ２５では、上記第１移動量と第２移動量とを記憶部２６から読み出し、これらを加算処理をすることで、同一の直径方向の両端位置の間隙が求められる。該間隙は内孔１１のボア内径を示すものであり（ステップＳ１２）、上記手順によって容易かつ正確にボア内径を測定することができる。該測定値は、前記記憶部２６に記憶させることができる。

上記測定では、シリンダ１０が正確に位置決めされていなくても、測定の度にリニアスケール本体２が測定ローラの移動方向に直交して移動調整されるので、特別な操作を行うことなく測定を行うことができる。なお、上記実施形態では、第１、第２測定ローラの両側最端面からの移動量に基づいて内径を算出したが、測定子の移動量、移動位置の基準位置などに基づいて、算出方法は適宜変更する。

なお、上記実施形態では、測定子である測定ローラを２つ備えるものについて説明したが、本発明は測定子が一つであるものであってもよい。また、上記測定子は、測定子の移動方向に沿って互いの離間距離を調整できるものとすることもできる。
図４は、上記測定子を離間距離調整可能とした例である。なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付している。

すなわち、リニアスケール本体２の移動プレート２０に第１測定ローラ２１と第２測定ローラ２２とが中心軸２１ａ、２２ａに回転可能に取付けられている。この例では、中心軸２２ａは、移動プレート２０の移動方向において取付け位置が移動調整可能になっており、これにより第１測定ローラ２１と第２測定ローラ２２の離間距離が調整可能になっている。上記中心軸２２ａの位置調整は任意に移動可能とするものでもよく、また、予め設定した位置に移動可能とするものであってもよい。移動調整は測定子の一方を移動可能とする他、両方を移動可能とするものであってもよい。なお、移動プレートが分割されていて、その位置を調整することで測定子間の離間距離を調整するものであってもよい。

測定子間の離間距離を変更する場合、変更された離間距離をＣＰＵ等に認識させたり、離間距離を設定入力したりすることで変更前と同様に内径の測定を行うことができる。
上記測定子間の離間距離は、内径の大きな被測定物では、大きくすることで測定子の移動距離を小さくして作業効率を高めることができる。一方、内径の小さな被測定物では、離間距離を小さくすることで内孔へ測定子を配置して内径を測定することを可能にする。また、被測定物の設置位置のバラツキが大きいような場合には、離間距離を小さくすることでリニアガイドのスライド量を大きく確保する。
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能であり、上記したシリンダ以外への適用も可能である。

本発明の一実施形態の内径測定装置を示す斜視図（図ａ）と、リニアガイド周辺の一部を示す正面図（図ｂ）である。 同じく、測定時のリニアスケール本体の動作を示す説明図である。 同じく、測定時の手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態における測定子周辺の一部を示す図である。

符号の説明

１ 内径測定装置
２ リニアスケール本体
３ リニアガイド
４ 支持アーム
２０ 移動プレート
２１ 第１測定ローラ
２２ 第２測定ローラ
２３ アクチュエータ
３０ ガイドレール
３１ 摺動溝
３３ ガイド部
３４ 摺動突部

Claims (3)

1. 内孔を有する被測定物のボア径を測定する内径測定装置において、
   前記内孔に接触して該内孔内面の周方向に沿って移動可能な測定子を有し、該測定子を前記内孔の径方向に移動させることによって該測定子を前記内孔に接触させつつ該内孔内面の周方向に沿って移動させて前記ボア径を測定するリニアスケール本体と、該リニアスケール本体を支持する支持部とを備え、前記リニアスケール本体と支持部との間に、前記測定子の径方向への移動方向と交差する方向に前記リニアスケール本体をガイドし、かつ前記測定子が前記内孔に接触して前記径方向に移動させられることによって生じる推力によって前記ガイドに沿って前記リニアスケール本体の移動が可能になるリニアガイドが介装されていることを特徴とする内径測定装置。
2. 前記測定子は、測定子の移動方向において位置を異にして２つ設けられていることを特徴とする請求項１記載の内径測定装置。
3. 前記２つの測定子は、測定子の移動方向における離間距離が調整可能であることを特徴とする請求項２記載の内径測定装置。

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