JP4991365B2 - 寸法測定装置及び寸法測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物の寸法を測定する寸法測定装置及び寸法測定方法に関するものである。

一般的に、被測定物（製品）の測定は工場内にて行われる。被測定物の測定を工場内で行う場合、工場内の温度によって被測定物の温度も変わるため、測定時の工場内温度によって測定値に誤差が生じる（例えば、特許文献１）。
特開平９−１１３２０２号公報

このように、被測定物の計測を温度と無関係に行う場合には、被測定物の寸法精度の評価を的確に行うことができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、被測定物の寸法精度の評価を的確に行うことができる寸法測定装置及び寸法測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、被測定物を搬送する搬送手段と、被測定物が搬送される搬送領域内の温度を制御する温度制御手段と、前記搬送領域における測定部に搬送された被測定物の寸法を測定する寸法測定手段と、前記寸法測定手段による寸法測定時の被測定物の温度を測定する温度測定手段と、前記測定部に配置された基準材と、を備え、前記基準材の温度を測定することによって基準温度が設定され、前記基準材の基準温度測定時に当該基準材の寸法を測定することによって基準寸法が設定され、前記寸法測定手段は、被測定物における前記基準材の基準寸法との寸法差を測定する変位計であり、当該変位計によって測定された変位は、前記温度測定手段によって測定された温度を用いて、前記基準材の前記基準温度における変位に補正され、被測定物は、前記補正された変位に基づいて寸法精度が評価されることを特徴とする。

本発明によれば、被測定物の寸法は、予め定められた基準温度における寸法に補正され、被測定物の寸法を測定する際の被測定物の温度の影響を受けないため、被測定物の寸法精度の評価を的確に行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の寸法測定装置１について説明する。図１は寸法測定装置１の平面図であり、図２は図１を模式的に示した模式図である。

寸法測定装置１は、ワーク（被測定物）の寸法を測定すると共に、ワークの寸法精度を評価する装置である。

本実施の形態におけるワークは、ベーンポンプにおけるベーンを保持するロータ２ａ、及びロータ２ａが収装されるカムリング２ｂである。以下では、ロータ２ａとカムリング２ｂの双方を総称する場合にはワーク２と記す。

寸法測定装置１は、ワーク２を搬送するコンベア５（搬送手段）と、ワーク２の寸法及び温度を測定する測定部６（６ａ，６ｂ）と、寸法精度によって仕分けされたワーク２を収容する収容部７とを備える。

ワーク２は、寸法測定装置１に投入される前に寸法測定装置１近傍に配置された洗浄機（図示省略）によって温水洗浄され、その後、入口部９からコンベア５に投入される。コンベア５は、温水洗浄されたロータ２ａとカムリング２ｂを、それぞれ別々に測定部６へと搬送するものであり、ロータ２ａを搬送する第１コンベア５ａと、カムリング２ｂを搬送する第２コンベア５ｂとからなる。

コンベア５と測定部６は、密閉された空間である搬送領域内に収容されており、その搬送領域は、図２に示すように、入口部９からコンベア５に投入されたワーク２を強制的に冷却するための冷却領域１０と、冷却領域１０にて冷却されたワーク２の温度をならすためのならし領域１１とに区画されている。

図１に示すように、第１コンベア５ａと第２コンベア５ｂとは、冷却領域１０内では入口部９から端部まで平行に延び、端部にて折り返しならし領域１１へと延設される。そして、第１コンベア５ａは、ならし領域１１では逆端部まで延び、その逆端部にて折り返しロータ２ａの測定を行う測定部６ａに到達する。また、第２コンベア５ｂは、ならし領域１１では中央付近で折り返すと共に、端部にて再度折り返しカムリング２ｂの測定を行う測定部６ｂに到達する。

このように、第１コンベア５ａと第２コンベア５ｂは、冷却領域１０及びならし領域１１内に蛇行して形成される。

冷却領域１０内は、コンベア５の上流側から下流側へ向けて冷風を送る冷却ファン（図示省略）によって温度制御（温度制御手段）される。具体的には、冷却領域１０内の温度は、冷却ファンによって２０℃程度に制御される。

なお、コンベア５の上流側から下流側へ向けて冷風を送る方法では、ワーク２は上流側では急冷されるが、下流側では冷え難くい。そこで、冷却領域１０におけるコンベア５の中流付近に冷却ファンをもう一つ配置し、上流側の冷却ファンからの空気を取り込み、冷風を再度下流側へ向けて送るように構成すれば、効率良くワーク２を冷却することができる。

ならし領域１１内は、ならし領域１１内の空気を吸い込むと共に、温度調整された空気をならし領域１１内に吹き出す温度調整ファン（図示省略）によって温度制御（温度制御手段）される。具体的には、ならし領域１１内の温度は、温度調整ファンによって２２℃程度に制御される。

このように、洗浄機によって４０〜５０℃程度に上昇したワーク２は、冷却領域１０を移動中に２０℃程度に急冷され、その後、ならし領域１１を移動中に２２℃程度にならされ安定した状態となる。

また、第１コンベア５ａと第２コンベア５ｂが蛇行して形成されることによって、ワーク２は、冷却領域１０及びならし領域１１内を時間をかけて進行するため、冷却領域１０及びならし領域１１内にて設定された温度に制御され易い。特に、冷却領域１０によるワーク２の急冷によってワーク２の温度に斑が生じた場合、急冷によるワーク２の収縮量が部位によって異なってしまう。しかし、このような場合でも、ワーク２の温度の斑は、ならし領域１１を進行中に除々に解消され、測定部６に到達した時点では、ワーク２の温度及び形状は安定したものとなる。

コンベア５によって搬送されたロータ２ａ及びカムリング２ｂの測定を行う測定部６ａ及び測定部６ｂは、ワーク２の温度を測定する温度測定部１４（温度測定手段）と、ワーク２の寸法を測定する寸法測定部１５（寸法測定手段）とを備える。また、測定部６ａには、ロータ２ａの寸法精度を評価する際に基準となるロータマスタ１６ａ（基準材）が配置され、測定部６ｂには、カムリング２ｂの寸法精度を評価する際に基準となるカムリングマスタ１６ｂ（基準材）が配置されている。以下では、ロータマスタ１６ａ及びカムリングマスタ１６ｂを総称する場合、マスタ１６と記す。なお、温度測定部１４、寸法測定部１５、及びマスタ１６は、全てならし領域１１内に配置されている。

温度測定部１４では、熱電対等の接触式の温度計を用いてワーク２の温度測定が行われる。

寸法測定部１５では、測定部位が全てのワーク２において同じとなるように位置決めされた状態で、ワーク２の寸法測定が行われる。本実施の形態では、ロータ２ａ及びカムリング２ｂの厚さが測定される。ワーク２の寸法の測定方法については後述する。

マスタ１６についても、温度と寸法（厚さ）が測定され、その測定された温度と寸法がワーク２の寸法精度を評価する際の基準温度、基準寸法となる。マスタ１６は、ワーク２の機種が変更された際には、その機種に対応するマスタに変更されると共に、変更されたマスタの基準温度と基準寸法が測定される。また、同じ機種のワーク２を連続して計測する場合には、所定条件を満たした場合に、マスタ１６の基準温度と基準寸法の再測定が行われる。この所定条件としては、前回の測定から所定時間経過した場合や、測定されたワーク２の温度とマスタ１６の基準温度との温度差が所定以上となった場合等である。

マスタ１６の基準温度及び基準寸法を基にワーク２の寸法精度を評価した後は、その評価結果に基づいて、ワーク２はランク別に振り分けられ収容部７に収装される。

ワーク２は、測定寸法とマスタ１６の基準寸法との寸法差が許容公差内である場合には、その寸法差が一番小さい範囲であるＡランクから寸法差が一番大きい範囲であるＤランクの計４ランクに分別される。

収容部７は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄランクのワーク２を、それぞれ別個に収容する第１収容部７ａ，第２収容部７ｂ，第３収容部７ｃ，第４収容部７ｄと、測定寸法とマスタ１６の基準寸法との寸法差が許容公差外である不良品のワーク２を収容する第５収容部７ｅとを備える。なお、寸法測定部１５から収容部７へのワーク２の振り分けは、ワーク２を直接把持するロボットハンド（図示省略）によって自動で行われる。

ロータ２ａ及びカムリング２ｂは、寸法精度によって振り分けられた後は、組立工程へと搬送され、Ａランクのロータ２ａとＡランクのカムリング２ｂのように同ランク同士の部品が組み付けられる。同ランク同士のロータ２ａとカムリング２ｂとを組み付けることによって、ロータ２ａとカムリング２ｂとのクリアランスを最適にすることができる。

以下では、ワーク２の厚さ寸法の測定方法、及び寸法精度の評価方法について具体的に説明する。なお、ワーク２の寸法測定及び寸法精度の評価は、寸法測定装置１に搭載されたコントローラ１８によって自動で行われる。

前述したように、マスタ１６の基準温度と基準寸法の測定は、定期的に行われる。

測定対象であるロータ２ａ及びカムリング２ｂは、その軸心が鉛直方向となるように寸法測定部１５にセットされる。

ロータ２ａ及びカムリング２ｂの上面及び下面の各８ポイントに変位計（図示省略）を接触させ、それぞれのポイントにおけるマスタ１６の基準寸法に対する変位を計測することによって、ロータ２ａ及びカムリング２ｂの厚さの計測が行われる。なお、ロータ２ａ及びカムリング２ｂは、測定される８ポイントが毎回同じ部位となるように寸法測定部１５に位置決めされる。

寸法精度のランク分けは、８ポイントの変位の平均値等を用いて行うことも考え得るが、８ポイントの中で一番厚さの薄い部位を基に行うのが望ましい。これは、ワーク２の厚さがプラス側の許容公差以上の場合には、再研磨によって再加工することが可能であるが、ワーク２の厚さがマイナス側の許容公差以下の場合には廃棄するしかないためであり、厚さの一番の薄い部位を基に判断することによってワーク２の寸法精度をより厳しく判断することができる。

ここで、ワーク２の厚さ測定時のワーク２の温度とマスタ１６の基準温度とに温度差がある場合には、ワーク２は、その温度差の分だけ伸縮するため、ワーク２の寸法精度を正確に評価することができない。

そこで、ワーク２の測定寸法をマスタ１６の基準温度における寸法に補正する。ワーク２の伸縮は、ワーク２の線膨張係数、厚さ、及びマスタ１６の基準温度との温度差によって決まるため、マスタ１６の基準寸法に対するワーク２の変位Ｓは、以下の（１）式によって補正される。

Ｓ〔μｍ〕＝Ｓ₀＋（Ｔ_m×ｔ_m×α_m−Ｔ_w×ｔ_w×α_w） ・・・ （１）
Ｓ₀〔μｍ〕：ワーク２の測定変位
Ｔ_m〔℃〕：マスタ１６の温度（基準温度）
ｔ_m〔μｍ〕：マスタ１６の厚さ（基準寸法）
α_m〔１／℃〕：マスタ１６の線膨張係数
Ｔ_w〔℃〕：ワーク２の温度
ｔ_w〔μｍ〕：ワーク２の厚さ
α_w〔１／℃〕ワーク２の線膨張係数

（１）を用いることによって、寸法測定部１５によって測定されたワーク２の変位Ｓ₀は、マスタ１６の基準温度における補正変位Ｓに換算される。なお、（１）式においてマスタ１６の温度Ｔ_mは定期的に測定された値が用いられ常に一定ではないため、変化しないマスタ１６の基準温度を定め、その温度を用いてマスタ１６の温度Ｔ_mを補正するようにしてもよい。

算出された補正変位Ｓは、マスタ１６の基準寸法に対する変位、つまり、ワーク２の厚さとマスタ１６の基準寸法（厚さ）との寸法差であるため、この補正変位Ｓの値を基にワーク２の寸法精度のランク分けが行われる。補正変位Ｓは、ワーク２の温度の影響を受けない値であるため、その補正変位Ｓを用いて行われる寸法精度の評価、つまり寸法精度のランク分けは正確なものとなる。

なお、（１）式において、ワーク２の厚みｔ_wとマスタ１６の厚みｔ_m、及びワーク２の線膨張係数α_wとマスタ１６の線膨張係数α_mは、ほぼ同等の値であるため、ワーク２とマスタ１６の温度差に起因するワーク２の伸縮量を補正するという目的からも、以下の（２）式のように、ワーク２の測定温度とマスタ１６の基準温度の差に基づいて簡易的に補正変位Ｓを算出するようにしてもよい。

Ｓ＝Ｓ₀＋（Ｔ_m−Ｔ_w）× ｔ_m×α_m・・・ （２）

以上のようにして、ワーク２の寸法測定及び寸法精度の評価が行われる。

また、寸法測定部１５にてワーク２における８ポイントの変位を測定する際に、コントローラ１８では、ワーク２の平面度、平行度の測定も行われる。

平面度については、ワーク２の下面の８ポイントにてワーク２の下平面を規定した上で、ワーク２の上面の８ポイントにて上平面の平面度を測定する。

また、平行度については、ワーク２の上面、下面のそれぞれの８ポイントにて上平面、下平面を規定した上で、上平面に対する下平面の平行度、及び下平面に対する上平面の平行度を測定する。

なお、以上では、寸法測定部１５においてワーク２とマスタ１６との寸法差である変位を測定し、その変位を双方の温度差に基づいて補正し、その補正後の変位に基づいてワーク２の寸法精度を評価するようにした。しかし、寸法測定部１５においてワーク２の寸法（厚さ）を測定し、その測定寸法をマスタ１６の基準温度との温度差に基づいて補正し、その補正測定寸法とマスタ１６の基準寸法（厚さ）とを比較することによってワーク２の寸法精度を評価するようにしてもよい。

また、ワーク２の測定寸法の補正は、必ずしもマスタ１６の基準温度との温度差に基づいて行う必要はなく、予め定められた温度を基準温度として設定し、その基準温度との温度差に基づいて行うようにしてもよい。

さらに、ワーク２の寸法精度の評価は、必ずしもマスタ１６の基準寸法との寸法差に基づいて行う必要はなく、予め定められた寸法を基準寸法として設定し、その基準寸法との寸法差に基づいて行うようにしてもよい。

以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

ベーンポンプにおいて、ロータ２ａとカムリング２ｂの厚さのクリアランスが大きい場合にはベーンポンプの効率は低下し、また、クリアランスが小さい場合には焼き付きの原因となる。したがって、ロータ２ａとカムリング２ｂには高い寸法精度が要求されるが、ワーク２の寸法は、マスタ１６の基準温度における寸法に補正され、ワーク２の温度の影響を受けない値に補正されるため、ワーク２の寸法精度の評価を的確に行うことができる。

つまり、本実施の形態では、ワーク２の寸法精度の評価は、マスタ１６の基準寸法との差に基づいてＡ〜Ｄランクにランク分けされるが、そのランク分けが的確に行われることになる。

ランク分けを的確に行うことができることによって、後の組立工程にて同ランク同士の部品を組み付ける際、ロータ２ａとカムリング２ｂのマッチング性が向上し、ベーンポンプの品質が向上する。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、ロータ２ａとカムリング２ｂの寸法を測定すると共に、寸法精度を評価する装置に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る寸法測定装置を示す平面図である。 同じく寸法測定装置を示した模式図である。

符号の説明

１ 寸法測定装置
２ ワーク
２ａ ロータ
２ｂ カムリング
５ コンベア
６ 測定部
７ 収容部
９ 入口部
１０ 冷却領域
１１ ならし領域
１４ 温度測定部
１５ 寸法測定部
１６ マスタ
１８ コントローラ

Claims (4)

1. 被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
   被測定物を搬送する搬送手段と、
   被測定物が搬送される搬送領域内の温度を制御する温度制御手段と、
   前記搬送領域における測定部に搬送された被測定物の寸法を測定する寸法測定手段と、
   前記寸法測定手段による寸法測定時の被測定物の温度を測定する温度測定手段と、
   前記測定部に配置された基準材と、を備え、
   前記基準材の温度を測定することによって基準温度が設定され、
   前記基準材の基準温度測定時に当該基準材の寸法を測定することによって基準寸法が設定され、
   前記寸法測定手段は、被測定物における前記基準材の基準寸法との寸法差を測定する変位計であり、
   当該変位計によって測定された変位は、前記温度測定手段によって測定された温度を用いて、前記基準材の前記基準温度における変位に補正され、
   被測定物は、前記補正された変位に基づいて寸法精度が評価されることを特徴とする寸法測定装置。
2. 前記基準温度及び前記基準寸法の測定は、前記基準材の測定後の所定時間経過後、又は前記温度測定手段によって測定された被測定物の温度と前記基準温度との温度差が所定以上となった場合に行なわれることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
3. 前記搬送領域は、
   被測定物を強制的に冷却する第１の領域と、
   前記第１の領域にて冷却された被測定物の温度をならす第２の領域と、
   に区画されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の寸法測定装置。
4. 被測定物の寸法を測定する寸法測定方法であって、
   被測定物が搬送される搬送領域内の温度を制御する温度制御工程と、
   前記搬送領域における測定部に搬送された被測定物の寸法を測定する寸法測定工程と、
   前記寸法測定工程による寸法測定時の被測定物の温度を測定する温度測定工程と、を備え、
   前記測定部に配置された基準材の温度を測定することによって基準温度が設定され、
   前記基準材の基準温度測定時に当該基準材の寸法を測定することによって基準寸法が設定され、
   前記寸法測定工程では、被測定物における前記基準材の基準寸法との寸法差が変位計によって測定され、
   前記変位計によって測定された変位を、前記温度測定工程によって測定された温度を用いて、前記基準材の前記基準温度における変位に補正する補正工程と、
   前記補正された変位に基づいて被測定物の寸法精度を評価する評価工程と、を備えることを特徴とする寸法測定方法。