JP5317549B2 - カムプロファイル測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、カムプロファイル測定装置に関する。詳しくは、円筒カムや板カムなどのプロファイルを測定することができるカムプロファイル測定装置に関する。

カム、例えば、板カムのプロファイルを測定する方法として、特許文献１に記載の「カムの外径測定方法」が知られている。
これは、一対の測定子でカムの１８０°対称な位置を挟み込み、一対の測定子をカムの外径に接触させた状態でカムを回転させ、このときの一対の測定子の変位量を読み取る。一方の測定子で測定された最大値と、他方の測定子で測定された最小値とをそれぞれ選び出し、こられの値からカムの長径を算出する。
しかし、この方法では、板カムの外径を測定することができるが、板カム以外のカム、例えば、外周面にカム溝などを形成した円筒カムのプロファイルを測定することは不可能である。

従来、円筒カムを含む各種カムのプロファイルの測定には、プローブを備えた三次元測定機と、ロータリテーブルとを組み合わせた測定システムが利用されている。
例えば、円筒カムのプロファイルを測定するには、ロータリテーブル上に円筒カムを載置し、この円筒カムのカム溝にプローブを接触させ、この状態において、カム溝の設計データから作成した測定プログラムに従って、ロータリテーブルを回転させるとともに、プローブを上下方向へ移動させ、ロータリテーブルの回転角度とプローブの上下方向位置から、カムのプロファイルを測定していた。

特開平８−５３５５号公報

従来の三次元測定機を用いた測定システムでは、システムとして高価であるうえ、測定プログラムの作成に膨大な時間が必要とされる。
例えば、円筒カムの測定では、カム溝の設計データから、ロータリテーブルの回転角度に対応して、プローブを上下方向へ移動させる移動軌跡データを作成しなければならないため、作成に膨大な時間が必要とされるうえ、作業者にかかる負担も大きい。

本発明の目的は、このような従来の課題を解消し、安価でかつ作業者にかかる負担も軽減でき、しかも、複数種のカムのプロファイルを高精度に測定できるカムプロファイル測定装置を提供することにある。

本発明のカムプロファイル測定装置は、カムのプロファイルを測定するカムプロファイル測定装置であって、前記カムのカム軸を略垂直な姿勢に保持し、この姿勢で前記カムを回転させる回転機構と、前記カムの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記カムの従動子当接位置に当接され、前記カムの回転に伴って前記カムのプロファイルに従って所定方向へ移動されるプローブと、このプローブを所定方向に沿って案内する案内機構と、前記プローブの移動位置を検出する位置検出手段と、を備え、前記回転機構は、前記カムのカム軸の両端を回転可能に支持する一対のカム軸支持手段と、この一対のカム軸支持手段の一方を他方に対して接近、離隔可能に案内するガイド手段と、前記カム軸を回転させる駆動手段とを備え、前記案内機構は、前記プローブを上下方向へ移動可能に支持するガイド手段と、前記プローブの重量を調整し、前記プローブが前記カムに接触する際の測定力を略一定に保つ測定力調整手段とを含んで構成され、前記一方のカム軸支持手段は、前記カム軸を垂直姿勢から水平姿勢に変換できるように、起伏可能に構成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、カムの従動子（例えば、カムフォロアなど）の当接位置にプローブを当接させたのち、回転機構によってカムを回転させると、カムの回転に伴って、プローブが案内機構に沿って所定方向へ移動される。すると、カムの回転角度が回転角度検出手段によって検出されるとともに、プローブの移動位置が位置検出手段によって検出されるから、これらの検出情報からカムのプロファイルを測定することができる。
例えば、外周面にカム溝が形成された円筒カムのプロファイルを測定するには、カム溝にプローブを当接させたのち、回転機構によって円筒カムを回転させると、円筒カムの回転により、プローブが案内機構に沿って円筒カムのカム軸方向へ移動される。すると、円筒カムの回転角度が回転角度検出手段によって検出されるとともに、プローブのカム軸方向への移動位置が位置検出手段によって検出されるから、これらの検出情報から円筒カムのプロファイル（カム溝の形状）を測定することができる。
また、板カムのプロファイルを測定するには、板カムの外周面にプローブを当接させたのち、回転機構によって板カムを回転させると、板カムの回転に伴って、プローブが案内機構に沿って板のカム軸に対して直交する方向へ移動される。すると、板カムの回転角度が回転角度検出手段によって検出されるとともに、プローブのカム軸に対して直交する方向への移動位置が位置検出手段によって検出されるから、これらの検出情報から板カムのプロファイル（外周面形状）を測定することができる。
従って、本発明によれば、複数種のカムのプロファイルを高精度に測定できるとともに、三次元測定機などを必要としないから、安価に構成できる。しかも、測定プログラムなどの作成も必要ないから、作業者にかかる負担も軽減できる。
また、カムのカム軸が略垂直な姿勢に保持され、この姿勢で回転される。プローブの移動を案内する案内機構は、プローブを上下方向へ移動可能に支持するガイド手段と、測定力調整手段とを含んで構成されているから、プローブの重量を調整して測定力を略一定に保つことができるうえ、例えば、測定力調整手段をプローブの重量と釣り合うカウンタバランスやばねなどによって簡易に構成することができる。
さらに、カムの長さに応じて、一対のカム軸支持手段の一方を他方に対して接近、離隔することにより、一対のカム軸支持手段の距離を調整することができるので、つまり、長さの異なるカムのカム軸の両端を回転可能に支持することができるので、長さの異なるカムにも適用できる。
そして、一方のカム軸支持手段を水平な姿勢にしてカムのカム軸を垂直な姿勢に保持すれば、円筒カムの測定が行える。一方のカム軸支持手段を起立した姿勢にしてカムのカム軸を水平な姿勢に保持すれば、板カムの測定が行える。従って、一方のカム軸支持手段を起伏させるだけで、円筒カムの測定と板カムの測定を１つの装置で実現できる。

本発明のカムプロファイル測定装置において、前記案内機構を前記回転機構に対して進退させるプローブ進退ステージを有する、ことが好ましい。
このような構成によれば、プローブ進退ステージの進退動作により、案内機構を回転機構に対して進退させ、カムを回転させる回転機構とプローブとの距離を調整することができるから、外径寸法が異なるカムにも適用できる。

本発明のカムプロファイル測定装置において、前記案内機構を前記進退方向に対して略直交し、かつ、前記回転機構の回転軸に対して略直交する方向へ移動させるプローブオフセット機構を有する、ことが好ましい。
実際の製品では、カムの精度だけでなく、カム溝に沿って移動する従動子（例えば、ピン）の軸がカムの回転軸線に対して略交差する位置関係であることが正しい動作をする条件である。しかし、加工組立誤差などにより、ピンの軸がカムの回転軸線に対してある量オフセットしてしまう場合が考えられる。ピンの軸がオフセットした場合の移動シミュレーションはカム曲線面に対して、ピンが斜めに当たるため、極めて複雑な三次元でのシミュレーションを行わなければならず、非常に時間がかかる。
本発明では、案内機構を回転機構に対して進退する方向へ移動させることができるだけでなく、それに略直交しかつ回転機構の回転軸に対して略直交する方向へ移動させることができる。そのため、実際の製品において、加工組立誤差などにより、カムに沿って動くピンの軸方向がカムの回転軸線に対してオフセットしているような場合、そのオフセット量と同じ量だけプローブを回転機構の回転軸に対してオフセットさせることができ、この条件においてプローブの移動誤差などを実測できる。従って、カムの精度のみならず、それに沿って動く従動子（例えば、ピン）を含む部材の良否判断や、必要公差の明確化も可能となる。

本発明のカムプロファイル測定装置において、前記回転角度検出手段によって前記カムが所定回転角度回転されたことが検出される毎に、前記位置検出手段から移動位置を読み取り、これらの回転角度に対応して移動位置を記憶し、これらを対応した状態で出力できるデータ処理装置を備えることが好ましい。
このような構成によれば、回転機構によってカムを回転させると、回転角度検出手段によってカムが所定回転角度回転されたことが検出される毎に、位置検出手段から移動位置が読み取られ、回転角度に対応して移動位置が記憶され、必要に応じて、これらが出力されるから、回転角度に対応して移動位置、つまり、カムプロファイルを図として表すことができる。従って、これらの作図作業も簡易に行える。

＜構成＞
本実施形態にかかるカムプロファイル測定装置は、円筒カムのプロファイルを測定するもので、図１に示すように、ベース１０と、このベース１０の上に設けられ円筒カム１を回転させる回転機構２０と、円筒カム１の回転角度を検出する回転角度検出手段３０と、円筒カム１の従動子当接位置に当接され円筒カム１の回転に伴ってカムプロファイルに従って所定方向へ移動するプローブ４０と、このプローブ４０を所定方向に沿って案内する案内機構５０と、プローブ４０の移動位置を検出する位置検出手段６０と、案内機構５０を回転機構２０に対して進退させるプローブ進退機構を有するステージ７０とを備える。

ここで、測定対象となる円筒カム１は、図２に示すように、円柱状のカム部２と、このカム部２の両端に一体的に形成されたカム軸３とを備える。カム部２の外周面には、１本または複数本のカム溝４，５，６がそれぞれ所定の角度で螺旋状に形成されている。
通常、カム溝４，５，６には従動子としてのカムフォロアなどが係合され、このカムフォロアが円筒カム１の回転に伴って円筒カム１の軸方向へ移動することにより、カムフォロアを有する移動対象物が移動される。例えば、顕微鏡などにおいて、複数枚のズームレンズを同時に光軸方向へ移動させる機構の場合、各レンズにカムフォロアを取り付け、これらのカムフォロアを円筒カム１のそれぞれのカム溝４，５，６に係合させると、円筒カム１の回転に伴って、複数のレンズがそれぞれのカム溝４，５，６の形状に応じて円筒カム１の軸方向へ同時に移動される。
そのため、各レンズの位置が光学精度を決めるため、本カムプロファイル測定装置では、カム溝４，５，６の形状、詳細には、カム溝４，５，６の片側の側面形状を測定する。

回転機構２０は、ベース１０の一端側に垂直に立設されたコラム２１と、円筒カム１の両端のカム軸３を垂直に回転可能に支持する一対のカム軸支持手段２２，２３と、コラム２１の側面に上下方向に沿って設けられ一方のカム軸支持手段２３を他方のカム軸支持手段２２に対して接近、離隔可能に案内するガイド手段２４と、モータなどの駆動手段２５と、この駆動手段２５の回転をカム軸３に伝達するベルトやチェーンなどの回転伝達手段２６とを備える。従って、駆動手段２５が駆動すると、駆動手段２５の回転が回転伝達手段２６を介して円筒カム１のカム軸３に伝達されるため、円筒カム１は略垂直な姿勢に保持された状態で回転される。

回転角度検出手段３０は、円筒カム１のカム軸３に連結されたロータリエンコーダ３１などによって構成されている。ロータリエンコーダ３１には、信号処理回路３２などを介してデジタル表示器３３が接続されている。従って、円筒カム１が回転されると、円筒カム１の回転角度がロータリエンコーダ３１によって検出されたのち、デジタル表示器３３にデジタル表示される。

プローブ４０は、プローブ本体４１と、このプローブ本体４１に保持軸４２を介して着脱可能に取り付けられた接触子４３とを備える。
接触子４３は、実際の使用状態に極力同じにするため、製品（例えば、顕微鏡など）でカム溝４，５，６に入る従動子、例えば、カムフォロアやベアリングなどが交換可能に取り付けられている。

案内機構５０は、ベース１０の他端側にプローブ進退ステージ７０を介して垂直に立設されたコラム５１と、このコラム５１の側面に設けられプローブ４０を上下方向へ移動可能に支持するガイド手段５２と、プローブ４０の自重を調整しプローブ４０が円筒カム１に接触する際の測定力を略一定に保つ測定力調整手段５３とを含んで構成されている。
測定力調整手段５３は、コラム５１の上端に回転可能に支持された２つの滑車５４，５５と、この滑車５４，５５に掛け回され一端がプローブ４０に連結されたワイヤ５６と、このワイヤ５６の他端に取り付けられたウエイト５７とから構成されている。ウエイト５７は、プローブ４０の自重を略相殺する重さに設定され、プローブ４０が円筒カム１に接触する圧力（測定力）が小さくかつ一定になるように調整可能に構成されている。なお、測定力調整手段５３としては、ウエイト５７に限らず、ばねやエアーバランス機構などであってもよい。

位置検出手段６０は、コラム５１の上下方向に沿って設けられたスケール６１と、プローブ４０に取り付けられスケール６１とともにプローブ４０の移動位置（上下方向位置）を検出する検出ヘッド６２とを有するリニアスケール６３から構成されている。リニアスケール６３には、信号処理回路６４などを介してデジタル表示器６５が接続されている。従って、プローブ４０が上下方向へ移動すると、プローブ４０の上下方向の移動位置がリニアスケール６３によって検出されたのち、デジタル表示器６５にデジタル表示される。

＜測定作業＞
円筒カム１のプロファイルを測定するには、円筒カム１を回転機構２０にセットしたのち、プローブ４０の接触子４３をいずれかのカム溝４，５，６のエンドに挿入する。この状態において、駆動手段２５を所定角度毎に駆動させる。すると、円筒カム１の回転に追従して、プローブ４０が上下方向へ移動するので、そのときの円筒カム１の回転角度を回転角度検出手段３０から読み取り、プローブ４０の上下方向の移動位置を位置検出手段６０から読み取れば、これらの読み取り情報から円筒カム１のプロファイル（カム溝の形状）を求めることができる。
これを各カム溝４，５，６について行うと、３本のカム溝４，５，６のカムプロファイルを求めることができる。

ところで、円筒カム１の長さが短いものを測定する場合には、図３に示すように、円筒カム１の長さに応じて、一方のカム軸支持手段２３を他方のカム軸支持手段２２に対して接近させる。つまり、一対のカム軸支持手段２２，２３の距離を調整して、円筒カム１の両端のカム軸３を回転可能に支持すれば、長さの異なる円筒カム１にも適用できる。
また、外径寸法が異なる円筒カム１を測定する場合には、図３に示すように、ステージ７０のプローブ進退機構の駆動により、案内機構５０を回転機構２０に対して進退させ、円筒カム１を回転させる回転機構２０とプローブ４０との距離を調整することにより、外径寸法が異なる円筒カム１にも適用できる。

回転角度検出手段３０から読み取った円筒カム１の回転角度と、位置検出手段６０から読み取ったプローブ４０の上下方向の移動位置とから、円筒カム１のプロファイル（カム溝の形状）を作成するには、図４に示すように、これらのデータをパソコンなどのデータ処理装置８０へ転送し、このデータ処理装置８０において、円筒カム１の回転角度と、プローブ４０の上下方向の移動位置とを関連づけて作図するようにすれば、円筒カム１のプロファイル図を作図できる。
具体的には、データ処理装置８０において、回転角度検出手段３０によって円筒カム１が所定回転角度回転されたことが検出される毎に、位置検出手段６０から移動位置を読み取り、これら回転角度と移動位置とを対応して記憶し、これらを対応した状態で出力することにより円筒カム１のプロファイル図を作図できる。
この際、データ処理装置８０において、予め、評価ポイントを複数設定しておき、転送されてきたデータと設定値との差を演算して、この差を表示、印字して出力することも可能である。

また、この評価法を用いるもう１つの利点は、測定ポイントを厳密に決める必要がなくなる。カムは全体でみたときには滑らかな曲線と言える。これは無限のポイントの集まりと言うことであるが、測定において全ポイントの測定は不可能である。よって、ある決まった位置での測定とならざるを得ないが、前述のように滑らかな曲線とみなせば、測定ポイント（角度）が少々ずれても、そこはカム曲線上にあることは間違いないため、その前提にもとづき、ある程度の取得データ量から曲線を作成し、曲線対曲線でデータ処理装置８０（あるいはパソコン）上で評価することで、実用上十分な精度が期待できる。従って、必ずしも決まった測定ポイント（角度）で測定を行う必要がないため、測定時の厳密な位置決めが不要となり、測定時間の短縮が図れる。

実際の製品にあっては、複数のカム溝４，５，６のプロファイルの相関関係が問題となることがある。
そこで、図５に示すように、１または複数の評価ポイントにおいて、測定された複数のカムプロファイルの実際の間隔が、設計値に対してどれだけずれがあるかを、データ処理装置８０において評価するようにすることも可能である。

＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、円筒カム１のカム溝４，５，６を１本ずつ測定する例について述べたが、円筒カム１の外周面に複数本のカム溝４，５，６がある場合、これらのカム溝４，５，６を同時に測定することも可能である。
例えば、図６に示すように、案内機構５０に複数のプローブ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを移動可能に支持するとともに、これらのプローブ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの上下方向の移動位置を検出する位置検出手段６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃをそれぞれ設け、各プローブ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの接触子４３を各カム溝４，５，６に挿入し、この状態において、円筒カム１を回転させれば、複数のカム溝４，５，６を同時に測定することができる。

前記実施形態では、円筒カム１のプロファイルを測定する例について説明したが、対象とするカムは、これに限られない。
例えば、円筒形状の軸方向端面にカム面を形成した、いわゆる、ベルカムと呼ばれるカムのプロファイルも測定できる。
また、これ以外にも、板カムのプロファイル（外径形状）の測定も可能である。これには、回転機構２０によって板カムのカム軸を水平に保持し、この状態において、板カムの外周面にプローブ４０を当接させたのち、回転機構２０によって板カムを回転させれば、板カムのプロファイルも測定できる。

更に、図７に示すように、前記実施形態において、一方のカム軸支持手段２３を、ガイド手段２４に対して摺動する摺動部材２７の先端にヒンジ２８などを介して起伏可能に構成すれば、円筒カム１のプロファイルだけでなく、板カム８のプロファイルも１つの装置で測定できる。なお、図７において、９は、板カム８のカム軸である。
つまり、一方のカム軸支持手段２３を水平な姿勢してカム軸を垂直な姿勢に保持すれば、円筒カム１の測定が行える。一方のカム軸支持手段２３を起立した姿勢にしてカム軸９を水平な姿勢に保持すれば、板カム８の測定が行える。従って、一方のカム軸支持手段２３を起伏させるだけで、円筒カム１の測定と板カム８の測定を１つの装置で実現できる。

前記実施形態では、プローブ進退ステージ７０の駆動により、案内機構５０を回転機構２０に対して進退させ、カムを回転させる回転機構２０とプローブ４０との距離を調整することにより、外径寸法が異なるカムにも適用できるようにしたが、これに限られない。
例えば、プローブ進退ステージ７０を省略し、プローブ４０を進退可能に構成しても、同様な効果が期待できる。

前記実施形態では、案内機構５０を移動可能に支持したステージ７０により、案内機構５０を回転機構２０に対して進退させるようにしたが、ステージ７０内に、案内機構５０を回転機構２０に対して進退させるプローブ進退機構のほかに、案内機構５０を前記進退方向に対して略直交し、かつ、回転機構２０の回転軸に対して略直交する方向へ移動させるプローブオフセット機構およびその移動量を測定する測定手段を設けてもよい。

実際の製品では、カムの精度だけでなく、カム溝に沿って移動する従動子（例えば、ピン）の軸がカムの回転軸線に対して直交して交差する位置関係であることが正しい動作をする条件である。しかし、加工組立誤差などにより、ピンの軸がカムの回転軸線に対してある量オフセットしてしまう場合が考えられる。ピンの軸がオフセットした場合の移動シミュレーションはカム曲線面に対して、ピンが斜めに当たるため、極めて複雑な三次元でのシミュレーションを行わなければならず、非常に時間がかかる。

上述した構成とすれば、案内機構５０を回転機構２０に対して進退する方向へ移動させることができるだけでなく、それに略直交しかつ回転機構２０の回転軸に対して略直交する方向へ移動させることができる。そのため、実際の製品において、加工組立誤差などにより、カムに沿って動くピンの軸方向がカムの回転軸線に対してオフセットしているような場合、そのオフセット量に同じ量だけプローブを回転機構２０の回転軸に対してオフセットさせることができ、この条件においてプローブの移動誤差などを実測できる。従って、カムの精度のみならず、それに沿って動く従動子（例えば、ピン）を含む部材の良否判断や、必要公差の明確化も可能となる。

なお、カムを加工、測定する際に問題となるのが原点である。従来のカムでは原点位置が明示されていない場合が多く、おのずとカムエンドが原点となる場合が多いが、円筒カムの場合、円柱の外周面にカム溝が斜めに加工されており、カム溝の傾きによっては原点設定が安定しない場合がある。
そのため、この改善策として、図８に示すように、カム溝４，５，６とはまったく別の場所に基準孔、もしくは、ピンや平溝などによって基準点１００を設定し、その部分を全ての加工や測定の基準とすれば、安定した加工や測定を実現できる。

本発明は、円筒カムや板カムなどのプロファイルを測定するカムプロファイル測定装置に利用できる。

本発明に係るカムプロファイル測定装置を示す正面図。 同上実施形態において、測定する円筒カムを示す斜視図。 同上実施形態において、長さが短い円筒カムを測定する際の図。 同上実施形態において、プロファイル図を自動作成する際の図。 同上実施形態において、複数のカムプロファイルの相関関係を示す図。 本発明に係るカムプロファイル測定装置の変形例を示す図。 本発明に係るカムプロファイル測定装置の更に他の変形例を示す図。 カムに基準点を設定した状態を示すカムの斜視図。

符号の説明

１…円筒カム、
８…板カム、
２０…回転機構、
２２…カム軸支持手段、
２３…カム軸支持手段、
２４…ガイド手段、
２５…駆動手段、
３０…回転角度検出手段、
４０…プローブ、
５０…案内機構、
５２…ガイド手段、
５３…測定力調整手段、
６０…位置検出手段、
７０…プローブ進退機構およびプローブオフセット機構を有するステージ。

Claims (4)

1. カムのプロファイルを測定するカムプロファイル測定装置であって、
   前記カムのカム軸を略垂直な姿勢に保持し、この姿勢で前記カムを回転させる回転機構と、
   前記カムの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
   前記カムの従動子当接位置に当接され、前記カムの回転に伴って前記カムのプロファイルに従って所定方向へ移動されるプローブと、
   このプローブを所定方向に沿って案内する案内機構と、
   前記プローブの移動位置を検出する位置検出手段と、を備え、
   前記回転機構は、前記カムのカム軸の両端を回転可能に支持する一対のカム軸支持手段と、この一対のカム軸支持手段の一方を他方に対して接近、離隔可能に案内するガイド手段と、前記カム軸を回転させる駆動手段とを備え、
   前記案内機構は、前記プローブを上下方向へ移動可能に支持するガイド手段と、前記プローブの重量を調整し、前記プローブが前記カムに接触する際の測定力を略一定に保つ測定力調整手段とを含んで構成され、
   前記一方のカム軸支持手段は、前記カム軸を垂直姿勢から水平姿勢に変換できるように、起伏可能に構成されていることを特徴とするカムプロファイル測定装置。
2. 請求項１に記載のカムプロファイル測定装置において、
   前記案内機構を前記回転機構に対して進退させるプローブ進退機構を有する、ことを特徴とするカムプロファイル測定装置。
3. 請求項２に記載のカムプロファイル測定装置において、
   前記案内機構を前記進退方向に対して略直交し、かつ、前記回転機構の回転軸に対して略直交する方向へ移動させるプローブオフセット機構を有する、ことを特徴とするカムプロファイル測定装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のカムプロファイル測定装置において、
   前記回転角度検出手段によって前記カムが所定回転角度回転されたことが検出される毎に、前記位置検出手段から移動位置を読み取り、回転角度に対応して移動位置を記憶し、これらを対応した状態で出力できるデータ処理装置を備えることを特徴とするカムプロファイル測定装置。

Images