JP5752313B2 - 真円度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、真円度測定装置に関する。

被測定物（ワーク）の円筒状の外周面または内周面の真円度を測定する真円度測定装置が広く使用されている。

図１は、従来の真円度測定装置の外観図である。
真円度測定装置は、台状のベース１と、ベース１に設けられた回転可能な載物台２と、載物台２を回転駆動するためのモータ等を有する回転駆動部３と、ベース１に設けられたコラム４と、コラム４に沿って移動可能なキャリッジ５と、キャリッジ５に対して移動可能なアーム６と、アーム６の先端部に取り付けられた検出器ホルダ９と、検出器ホルダ９に取り付けられた検出器１０と、を有する。検出器１０は、測定子１１と、差動トランス等の変位検出部と、を有し、測定子１１の変位を示す電気信号を出力する。

ワーク１２は、載物台２上に、ワーク１２の円筒面の中心軸が載物台２の回転軸にほぼ一致するように載置され、回転される。コラム４は、載物台２の回転軸に平行に伸びる柱である。キャリッジ５は、コラム４に沿って移動可能であり、一般に移動はコラム４の案内面に沿ってマニュアルで移動されるが、モータ等を用いて自動で移動する場合もある。アーム６は、キャリッジ５の案内面にマニュアルで移動されるが、モータ等を用いて自動で移動する場合もある。検出器ホルダ９は、Ｌ字型の部材で、一方の端がアーム６の先端に取り付けられ、他方の端に検出器１０が取り付けられる。ワーク１２のつば部分の高さ位置の変化を検出するため、検出器ホルダ９は、アーム６の先端に取り付ける方向を９０度ずつ異なる３方向にすることが可能である場合がある。さらに、検出器１０は、測定する円筒面の方向を１８０度変えるために、検出器ホルダ９に対して方向を変えて取り付け可能な場合がある。

測定を行なう場合には、ワーク１２は、載物台２上に、ワーク１２の円筒面の中心軸が載物台２の回転軸にほぼ一致するように載置する。測定子１１がワーク１２の測定する位置に接触するように、キャリッジ５を移動して上下方向の位置を調整し、アーム６を移動して径方向の位置を調整する。この状態で、ワーク１２の真円度を測定するが、高精度の測定を行なう場合には、ワーク１２を回転して、ワーク１２の円筒部の中心軸と載物台２の回転軸との偏心を測定し、載物台２に設けられたＸＹ移動機構で、ワーク１２の円筒部の中心軸が載物台２の回転軸により正確に一致するように調整する。この時、測定子１１は、変位範囲の中心付近であることが望ましい。

図２は、図１の真円度測定装置の上面図である。
図２に示すように、コラム４は、載物台２の右側に設けられる。アーム６、検出器ホルダ９および検出器１０は、一直線上に配置され、その延長上に、載物台２の回転中心軸が位置する。測定子１１は、検出器１０の先端に設けられ、この直線と載物台２の回転中心軸がなす平面内で変位する。したがって、ワーク１２の測定する円筒面の直径が異なる場合には、測定子１１が測定する円筒面に接触するように、アーム６を移動する。ここでは、測定子１１が測定する円筒面に接触する測定点と載物台２の回転中心軸がなす平面を測定平面と称し、載物台２の回転中心軸と測定点をむすぶ方向を径方向と称する。言い換えれば、測定する円筒面の直径が異なる場合でも、アーム６、検出器ホルダ９および検出器１０は、測定平面に沿って径方向に移動され、測定子１１は、測定平面と円筒面の交差する線上で円筒面に接触し、測定平面上で変位する。

コラム４を載物台２の右側に設ける（左側でもよい）第１の理由は、アーム６を測定平面上で移動させるためであり、第２の理由は、異なる円筒面を測定する場合に、円筒面の半径（直径）の差を、アーム６の移動量を検出することにより検出できるためである。

以上のような理由で、従来の真円度測定装置においては、コラム４を載物台２の側方（右側または左側）に設けていた。そのため、コラム４が固定されるベース１は、上面図では、径方向に長い長方形である。さらに、アーム６は、測定する円筒面の半径に応じて径方向に移動されるため、アーム６が右方向に最大限移動した場合を考慮して、設置スペースを決定する必要がある。以上のような理由で、従来の真円度測定装置は、径方向に長い長方形の設置スペースを必要とし、設置に必要な空間が大きいという問題があった。

また、従来の真円度測定装置は、長いアーム６を有するため、測定中の短時間にでも少量の温度変化があると、アーム６および検出器ホルダ９の先端に取り付けられる検出器１０の変位が大きく、しかもその変位が直接測定値に影響するため、温度変化による誤差が大きいという問題があった。

特開平８−３１３２４７号公報 特許第２６０６７８７号公報 特開平１−２５９２１１号公報 実開平２−９９３０１号公報 登録実用新案第３１４１５６１号公報

本発明は、設置に必要な空間が小さく、温度変換による測定誤差が小さい真円度測定装置の実現を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の真円度測定装置は、ベースの裏面側にコラムを垂直に立て、移動機構によりコラムを測定平面に平行に移動し、コラムに沿って移動可能な検出器ホルダに検出器を取り付け、測定子が測定平面で変位可能にする。

すなわち、本発明の真円度測定装置は、ベースと、ベースに固定され、載置されたワークを回転する回転台と、ベースの裏面側に垂直に立つコラムと、回転台の回転軸とワークの測定点を含む測定平面に平行に、ベースに対してコラムをスライド移動する移動機構と、コラムに沿って移動可能な検出器ホルダと、測定子が測定平面で変位可能なように、検出器ホルダに取り付けられた検出器と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、移動機構により平行移動されるコラムをベースの背面に設けるので、設置スペースを正方形に近い形状にでき、設置スペース（設置に必要な空間）を小さくできる。

さらに、図１の従来の真円度測定装置では、検出器は、コラムから測定平面に沿って伸びるアームおよび検出器ホルダに取り付けられる。そのため、温度変化によりアームが伸縮すると、伸縮量が直接測定値に影響する。アームが長い場合には、測定中の短時間での温度変化でもアームの伸縮量は無視できない大きさになり、測定誤差となる。

これに対して、本発明によれば、長いアームを使用しない上、測定器ホルダは、移動機構から測定平面に垂直な方向に伸びるため、温度変化により測定器ホルダが伸縮しても、伸縮量は直接測定値に影響しないため、温度変化の測定誤差への影響を低減できる。

コラムに沿って上下に移動可能で、測定平面に垂直な軸を有するキャリッジを設けることが望ましい。検出器ホルダは、キャリッジの軸を中心として回転した異なる方向で取り付け可能であるようにする。これにより、キャリッジをコラムに沿って移動することにより、測定子の円筒面との接触点の上下方向の位置、すなわち高さを調整し、ワークの測定面に応じて検出器ホルダの方向を変えられるようにする。

移動機構は、コラムを測定平面に平行に保持するガイド機構と、コラムを移動する送り機構と、を備える。

また、２本の独立に移動可能なコラムを２本設けて、ワークの２箇所で同時に真円度を測定可能にしてもよく、これにより直径が測定可能になり、細長いワークでも撓みを極小にして測定が行なえるようになる。

２本のコラムの移動機構は、２本のコラムを回転台の回転軸に対して平行に保持するガイド機構を共用し、送り機構は独立して設けることが望ましい。

さらに、回転台の回転軸に対して平行に伸びるコラムと、コラムに沿って移動可能に支持された移動部と、移動部に取り付けられ、ホルダ固定部を測定平面に平行に移動する固定部移動機構と、を含むようにしてもよい。これであれば、コラムは固定であるから、固定部移動機構を小型にできる。

本発明によれば、設置に必要な空間が小さい真円度測定装置が実現される。

図１は、従来の真円度測定装置の外観図である。 図２は、図１の真円度測定装置の上面図である。 図３は、本発明の第１実施形態の真円度測定装置の正面側から見た外観図である。 図４は、本発明の第１実施形態の真円度測定装置の背面側から見た外観図である。 図５は、本発明の第１実施形態の真円度測定装置の上面図である。 図６は、第１実施形態の真円度測定装置で、測定子を載物台の回転軸に対して左側の外筒面に接触させて真円度を測定する状態を示す図である。 図７は、第１実施形態と図１に示した従来例における温度変化による測定子の変位の影響の違いを説明する図である。 図８は、本発明の第２実施形態の真円度測定装置の正面側から見た外観図である。 図９は、本発明の第２実施形態の真円度測定装置の背面側から見た外観図である。 図１０は、本発明の第３実施形態の真円度測定装置の外観図である。

図３および図４は、本発明の第１実施形態の真円度測定装置の正面側および背面側から見た外観図である。

第１実施形態の真円度測定装置は、台状のベース２１と、ベース２１に設けられた回転可能な載物台２２と、載物台２２を回転駆動するためのモータ等を有する回転駆動部（図示せず）と、ベース２１の背面に設けられたコラム２４と、コラム２４に沿って移動可能なキャリッジ２５と、キャリッジ２５に取り付けられた検出器ホルダ２９と、検出器ホルダ２９に取り付けられた検出器３０と、を有する。検出器３０は、測定子３１と、差動トランス等の変位検出部と、を有し、測定子３１の変位を示す電気信号を出力する。キャリッジ２５は、検出器ホルダ２９が取り付けられるので、ホルダ固定部とも称する。

コラム２４は、上下方向ガイド５１および５２と、上下方向送りねじ５３が設けられている。キャリッジ２５は、上下方向送りねじ５３に上下方向送りナットにより係合されており、上下方向送りつまみ５５を回転することにより上下方向送りねじ５３が回転して、上下方向に移動する。なお、上下方向送りつまみ５５の代わりに、上下方向送りねじ５３を回転駆動するモータ等を設けて、キャリッジ２５を上下方向に移動することも可能である。キャリッジ２５は、高精度の上下方向ガイド５１および５２により案内されるので、移動しても姿勢が変化することはない。したがって、キャリッジ２５に取り付けられた検出器ホルダ２９および検出器３０は、上下方向に移動しても、姿勢は変化せず、上下方向の位置（高さ）のみが変化する。

さらに、ベース２１の背面には、径方向ガイド７１および７２と、径方向送りねじ７３が設けられている。コラム２４は、径方向送りねじ７３に径方向送りナット７４により係合されており、径方向送りつまみ７５を回転することにより径方向送りねじ７３が回転して、径方向と平行に移動する。コラム２４は、載物台２２の右側および左側に移動可能である。なお、径方向送りつまみ７５の代わりに、径方向送りねじ７３を回転駆動するモータ等を設けて、コラム２４を径方向と平行に移動することも可能である。コラム２４は、高精度の径方向ガイド７１および７２により案内されるので、移動しても姿勢が変化することはない。したがって、コラム２４（キャリッジ２５）に取り付けられた検出器ホルダ２９および検出器３０は、径方向と平行に移動しても、姿勢は変化せず、径方向の位置のみが変化する。言い換えれば、異なる半径の円筒面の真円度を測定するため、コラム２４を径方向と平行に移動しても、検出器３０の測定子３１は、測定平面でワーク３２に接触する。

検出器ホルダ２９および検出器３０は、図１に示した従来例のものと同じである。前述のように、ワーク３２のつば部分の高さ位置の変化を検出するため、検出器ホルダ２９は、キャリッジ２５に取り付ける方向を９０度ずつ異なる３方向にすることが可能であることが望ましい。さらに、検出器３０は、測定する円筒面の方向を１８０度変えるために、検出器ホルダ２９に対して方向を変えて取り付け可能であることが望ましい。

測定を行なう場合には、ワーク３２は、載物台２２上に、ワーク３２の円筒面の中心軸が載物台２２の回転軸にほぼ一致するように載置する。測定子３１がワーク３２の測定する位置に接触するように、キャリッジ２５を移動して上下方向の位置を調整し、コラム２４を移動して径方向の位置を調整する。この状態で、ワーク３２の真円度を測定するが、高精度の測定を行なう場合には、ワーク３２を回転して、ワーク３２の円筒部の中心軸と載物台２２の回転軸との偏心を測定し、載物台２２に設けられたＸＹ移動機構で、ワーク３２の円筒部の中心軸が載物台２２の回転軸により正確に一致するように調整した後測定を行う。この時、測定子３１は、変位範囲の中心付近であることが望ましい。

図５は、第１実施形態の真円度測定装置の上面図である。
図５に示すように、コラム２４は、載物台２２の背面に、測定平面と平行に移動可能に設けられる。検出器ホルダ２９は、キャリッジ２５から測定平面に垂直な方向に伸び、検出器３０は、測定子３１が測定平面上で変位するように取り付けられる。ワーク３２の測定する円筒面の直径が異なる場合には、コラム２４を測定平面と平行に移動するので、検出器ホルダ２９および検出器３０は、測定平面に沿って径方向に移動され、測定子３１は、測定平面と円筒面の交差する線上で円筒面に接触し、測定平面上で変位する。

図２と図５を比較して明らかなように、第１実施形態の真円度測定装置は、従来の真円度測定装置に比べて、ベースの横方向（径方向）の長さが大幅に短縮され、アームが側方に突き出すことも無いので、設置スペースが大幅に小さくなっていることが分かる。

前述のように、従来の真円度測定装置では、円筒面の半径（直径）の差を、アーム６の移動量を検出することにより検出できたが、第１実施形態の真円度測定装置でも同様に、コラム２４の移動量を検出することにより検出できる。

第１実施形態の真円度測定装置でワーク３２の内筒面の真円度を測定する場合には、載物台２２の回転軸に対して図３の測定点と反対側の内筒面に測定子３１を接触させて測定する。

図６は、第１実施形態の真円度測定装置で、測定子３１を載物台２２の回転軸に対して左側の外筒面に接触させて真円度を測定する状態を示す図である。この場合、図３の場合と比べて、検出器３０を１８０度回転して検出器ホルダ２９の取り付け部３３に取り付ける。

図７は、第１実施形態と図１に示した従来例における温度変化による測定子の変位の影響の違いを説明する図である。

温度変化が発生すると、各部が伸縮するが、ベースやコラムは熱容量が大きく、１回の測定時間というような短時間であれば比較的温度変化は小さく、それに起因する伸縮量も小さい。これに対して、アームや検出器ホルダは熱容量が小さく、短時間であっても温度変化により伸縮する。例えば、鉄製の１００ｍｍのアームであれば、０．１℃の温度変化でも伸縮量は１μｍになる。

図１に示した従来例では、図７の（Ａ）に示すように、アーム６および検出器ホルダ９が温度変化により伸縮した場合、測定子の先端の変位ｄは、測定平面内で発生し、正しい位置３３から３３ａで示す位置に変位する。そのため、この変位ｄは、そのままワークの表面位置のずれ、すなわち測定誤差となる。真円度測定装置では、１μｍの測定誤差は無視できないレベルである。

一方、第１実施形態では、長いアームを使用しないため、そもそも測定子の変位が小さい。さらに、第１実施形態では、図７の（Ａ）に示すように、検出器ホルダ９が温度変化により伸縮した場合、測定子の先端の変位ｄは、測定平面に垂直な面内で発生し、正しい位置３３から３３ｂで示す位置に変位する。この変位により、測定子は測定平面からずれるが、ワークに対して接触する圧力が印加されており、図７の（Ｂ）に示すように、円筒状のワークの表面に接触する。この時の測定方向のずれΔは、変位ｄが小さく、θが小さい範囲では、非常に小さい。具体的には、ワークの半径をＲとすると、θ＝ｓｉｎ（ｄ／Ｒ）、Δ＝Ｒ（１−ｃｏｓθ）である。以上のように、第１実施形態では、温度変化があっても測定誤差への影響は小さい。

図８および図９は、本発明の第２実施形態の真円度測定装置の正面側および背面側から見た外観図である。

第２実施形態の真円度測定装置は、コラム、キャリッジ、検出器ホルダ、検出器を２組有することが、第１実施形態の真円度測定装置と異なる。

図示のように、第２実施形態の真円度測定装置は、台状のベース２１と、載物台２２と、回転駆動部（図示せず）と、２個のコラム２４Ａおよび２４Ｂと、２個のキャリッジ２５Ａおよび２５Ｂと、２個の検出器ホルダ２９Ａおよび２９Ｂと、２個の検出器３０Ａおよび３０Ｂと、を有する。

コラム２４Ａは、上下方向ガイド５１Ａおよび５２Ａと、上下方向送りねじ５３Ａが設けられている。キャリッジ２５Ａは、上下方向送りねじ５３Ａに上下方向送りナットにより係合されており、上下方向送りつまみ５５Ａを回転することにより上下方向送りねじ５３Ａが回転して、上下方向に移動する。同様に、コラム２４Ｂは、上下方向ガイド５１Ｂおよび５２Ｂと、上下方向送りねじ５３Ｂが設けられている。キャリッジ２５Ｂは、上下方向送りねじ５３Ｂに上下方向送りナットにより係合されており、上下方向送りつまみ５５Ｂを回転することにより上下方向送りねじ５３Ｂが回転して、上下方向に移動する。
さらに、ベース２１の背面には、径方向ガイド７１および７２と、２個の径方向送りねじ７３Ａおよび７３Ｂが設けられている。コラム２４Ａは、径方向送りねじ７３Ａに径方向送りナットにより係合されており、径方向送りつまみ７５Ａを回転することにより径方向送りねじ７３Ａが回転して、径方向と平行に移動する。同様に、コラム２４Ｂは、径方向送りねじ７３Ｂに径方向送りナット７４Ｂにより係合されており、径方向送りつまみ７５Ｂを回転することにより径方向送りねじ７３Ｂが回転して、径方向と平行に移動する。コラム２４Ａおよび２４Ｂは、高精度の径方向ガイド７１および７２により案内されるので、移動しても姿勢が変化することはない。検出器ホルダ２９Ａおよび２９Ｂ、および検出器３０Ａおよび３０Ｂは、第１実施形態のものと同じであり、検出器３０Ｂの検出器ホルダ２９Ｂの取り付け方向は、検出器３０Ａの検出器ホルダ２９Ａの取り付け方向と１８０度異なる。

図８は、外筒面の載物台２２の回転軸に対して対称な２点、すなわち外筒面の直径に対応する２点に、検出器３０Ａおよび３０Ｂの測定子３１Ａおよび３１Ｂを接触させた状態を示す。この状態での検出器３０Ａおよび３０Ｂの検出信号の和の変化を算出することにより、外筒面の直径の変化を測定することができる。

図１０は、本発明の第３実施形態の真円度測定装置の外観図である。
第３実施形態の真円度測定装置は、コラム２４が固定であること、およびキャリッジ２５に検出器ホルダ２９を測定平面に平行に移動する検出器ホルダ移動機構８１が設けられていることが、第１実施形態の真円度測定装置と異なる。

図１０では、コラム２４に設けたキャリッジ２５の移動機構は図示を省略しているが、第１実施形態に類似した移動機構が設けられている。

検出器ホルダ移動機構８１は、キャリッジ２５に固定され、１組のガイドと、送りねじと、送りナットと、を有する第１実施形態に類似した移動機構により実現されるが、図示は省略している。検出器ホルダ移動機構８１は、検出器ホルダ２９が取り付けられるホルダ固定部を、測定平面に平行に且つ載物第２２の回転軸に垂直な方向に移動する。

第３実施形態の真円度測定装置では、第１実施形態の真円度測定装置と同様に、ワーク３２の測定する円筒面の直径が異なる場合には、検出器ホルダ２９および検出器３０は、測定平面に沿って径方向に移動され、測定子３１は、測定平面と円筒面の交差する線上で円筒面に接触し、測定平面上で変位する。また、第３実施形態の真円度測定装置は、第１実施形態の真円度測定装置と同様に、設置スペースが大幅に小さくなる。

以上、第１から第３実施形態を説明したが、いずれの実施形態でも、コラムは回転台の背面側に設けられ、検出器ホルダ２９および検出器３０は、測定平面に沿って径方向に移動される。言い換えれば、検出器ホルダ２９が取り付けられるホルダ固定部（キャリッジ等）を、測定平面に平行に２次元で移動する２次元移動機構が、ベースの背面側に設けられている。これにより、真円度測定の必須事項を満たした上で、設置スペースを小さくできる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。

本発明は、真円度測定装置および類似の機能を有する測定装置に適用可能である。

２１ ベース
２２ 載物台
２４ コラム
２５ キャリッジ
２９ 検出器ホルダ
３０ 検出器
３１ 測定子
３２ ワーク

Claims (2)

1. ベースと、
   前記ベースに固定され、載置されたワークを回転する回転台と、
   前記ベースの裏面側に垂直に立つコラムと、
   前記回転台の回転軸と前記ワークの測定点を含む測定平面に平行に、前記ベースに対して、前記コラムをスライド移動する移動機構と、
   前記コラムに沿って移動可能な検出器ホルダと、
   測定子が前記測定平面で変位可能なように、前記検出器ホルダに取り付けられた検出器と、を備えることを特徴とする真円度測定装置。
2. 前記コラムに沿って上下に移動可能で、前記測定平面に垂直な軸を有するキャリッジを有し、
   前記検出器ホルダは、前記キャリッジの前記軸を中心として回転した異なる方向で取り付け可能であり、
   前記移動機構は、
   前記コラムを前記測定平面に平行に保持するガイド機構と、
   前記コラムを移動する送り機構と、を備える請求項１記載の真円度測定装置。

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