JP7097925B2 - 自動測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの寸法を測定するための小型の測定器を用いてワークを自動的に測定する自動測定装置に関する。

ワークの寸法を測定する測定器（測定工具）としてマイクロメータやノギスが知られている。これら接触式の測定器（測定工具）は、その使い易さ、測定の安定性、比較的安価である等の利点があり、広く利用されている。
ただ、ワークと可動要素（スピンドルや測定ジョー）とを適切に密着させ、さらに、常に同じ測定圧を掛けながら測定しなければならないため、どうしても人手による手動測定ということになる。そのため、このような接触式の測定工具による測定には人手と時間が掛かる。

手動測定の代替手段として、生産現場において、エアマイクロメータやレーザースキャンマイクロメータ等の非接触式測定機器を用いるものが提案されている（特開平８－１４８７１）。しかしながら、エアマイクロメータやレーザースキャンマイクロメータは、それ自体が極めて高価であり、また、メンテナンスがやや難しいという問題がある。

特開平１０－８９９０３ 特開２０１９－１００９０４ 特開平８－１４８７１

接触式測定を自動化するにあたって、これまでにもモータ動力を使用するような種々の提案はあるものの広く一般に普及するほど実用化に成功した事例はなかった（特開平１０－８９９０３）。
また、三次元測定機（ＣＭＭ）等を利用すれば接触式測定の自動化はもちろんできるが（特開２０１９－１００９０４）、数千万円から数億円の投資が必要なのであり、マイクロメータやノギスで行なっているような測定の代替に採用するのは妥当とは言えない。

本発明の目的は、安価で使い勝手がよい接触式の測定器を自動化する自動測定装置を提供することにある。

本発明の自動測定装置は、
ワークの寸法を測定するための測定器を用いてワークを自動的に測定する自動測定装置であって、
前記測定器と、
前記測定器を支持する測定器支持台部と、
前記ワークＷを前記測定器の測定領域内に保持するワーク保持台部と、
を具備し、
前記測定器は、
固定要素と、
前記固定要素に対して変位可能に設けられていて、前記ワークＷに対して接離するように進退する可動要素と、
前記可動要素の変位を検出する変位検出部と、
を有し、
前記測定器支持台部は、
前記測定器の前記固定要素を保持する測定器保持部と、
前記測定器に着脱可能であって、モータの動力によって前記可動要素の進退を自動化する自動操作部と、を有する
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態では、
前記ワーク保持台部に保持された前記ワークと、
前記測定器保持部に保持された前記測定器と、の少なくとも一方は、
前記ワークと前記可動要素とが当接したときに、前記測定器に予め設定された所定測定圧以下の圧力でその位置および姿勢を変更して、前記ワークおよび前記可動要素の互いの当接面が密接するように保持されている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記ワーク保持台部は、前記ワークが載置されるワーク載置台である
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記ワーク保持台部は、前記ワークを把持するワーク把持手段を有し、
前記ワーク把持手段および前記測定器保持部のうち一方は他方に対する相対変位を許容するように設けられている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記測定器は、
元来は手動操作用であって手動回転操作または手動押引操作によって前記可動要素を進退させる操作部を有し、
前記自動操作部は、
前記操作部に着脱可能であって、前記操作部をモータの動力によって操作して前記可動要素の進退を自動化する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記測定器はマイクロメータであって、
前記マイクロメータは、
Ｕ字の一端の内側にアンビルを有する前記固定要素としてのＵ字形フレームと、
前記Ｕ字形フレームの他端側に設けられ、前記アンビルに対して軸方向進退可能に設けられた前記可動要素としてのスピンドルと、
を有し、
前記自動操作部は、
モータと、
前記モータの出力軸と前記スピンドルとを直接的または間接的に連結して前記モータの動力を前記スピンドルの進退に変換する動力伝達部と、を有する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記自動操作部は、前記モータの回転子の回転軸が前記スピンドルの中心軸と同一直線上となるように前記スピンドルの中心軸に直交する方向において位置変更できるように設けられている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記マイクロメータは、
前記Ｕ字形フレームの他端側において前記スピンドルの他端に配置され、元来は指で回転操作するためのシンブルを有し、
前記動力伝達部は、
前記シンブルに外嵌する固着環と、
前記モータの回転子の回転軸と同期して回転ように設けられた回転板と、
前記スピンドルの中心軸と平行に配置され、かつ、一端が前記固着環に固定され、他端が前記回転板に固定されており、前記スピンドルの中心軸を回転の中心として回転して前記回転板の回転を前記固着環に伝える伝達リンク棒と、を備える
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記シンブルと前記スピンドルとの間には、
前記スピンドルに予め設定された負荷がかかったときに、前記シンブルと前記スピンドルとの係合を解除して前記シンブルを前記スピンドルに対して空転させる定圧機構が設けられている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記自動操作部は、前記モータの回転を制御するモータ制御器を有し、
前記モータ制御器は、前記モータのトルク検知機能を有し、
前記モータ制御器は、
モータ回転数の制御モードとして、
高速回転である高速回転モードと、
前記高速回転モードの回転速さよりも低速である低速回転モードと、を有しており、
前記スピンドルを前進させる方向のモータ回転方向を順回転とし、
前記スピンドルを後退させる方向のモータ回転方向を逆回転とするとき、
前記モータ制御器は、
前記高速回転モードの順回転で前記スピンドルを前進させ、
前記トルク検知機能によって前記スピンドルと前記ワークとの当接を検知したとき、予め決められた第１回転数分だけ前記高速回転モードの逆回転で前記スピンドルを後退させ、
次に、前記第１回転数分だけ低速回転モードの順回転で前記スピンドルを前進させ、続けて、さらに予め決められた第２回転数分だけ低速回転モードの順回転で前記モータを駆動させ、
その後、予め決められた第３回転数分だけ前記高速回転モードの順回転で前記モータを駆動させる
ことが好ましい。

本発明の自動測定システムは、
前記自動測定装置と、
前記ワークをピックアップして次々に前記ワーク保持台部に搬送するワーク搬送手段と、を備える
ことを特徴とする。

本発明の測定自動化装置は、
可動要素をワークに接触させてワークの寸法を測定するための測定器を自動化する測定自動化装置であって、
前記測定器を支持する測定器支持台部と、
前記ワークを前記測定器の測定領域内に保持するワーク保持台部と、を具備し、
前記測定器支持台部は、
前記測定器の固定要素を保持する測定器保持部と、
前記測定器に着脱可能であって、モータの動力によって前記可動要素の進退を自動化する自動操作部と、を有する
ことを特徴とする。

自動測定システムの全体構成図である。 自動マイクロメータ装置の外観図である。 自動マイクロメータ装置による測定動作を説明するためのフローチャート。 自動マイクロメータ装置による測定動作を説明するためのフローチャート。 スピンドルが前進する様子を例示する図である。 スピンドルとアンビルとでワークを挟んだ状態を例示する図である。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、自動測定システム１００の全体構成図である。
例えば、工作機械（例えばＮＣ旋盤）で加工されたワークＷ（例えば部品）がベルトコンベア１１０で運ばれてくる。
ワークＷは、前処理用のストッカー１２０に移される。前処理として、例えば、エアブローによって脱油や脱塵を施してもよい。前処理されたワークＷは、例えばロボットアーム１３０によって自動測定装置２００の測定領域内に運ばれる。ロボットアーム１３０は、例えば多関節型のロボットアーム１３０であって、その先端にワークＷを把持するためのロボットハンド１４０と、画像認識用のカメラ１５０と、を有する。
ロボットアーム１３０は、画像認識によってワークＷを認識し、ロボットハンド１４０でワークＷを掴み、ワークＷを自動測定装置２００の測定領域に運ぶ。ここでは、ロボットハンド１４０は、ワークＷの向き（姿勢）を予め設定された向き（姿勢）にして測定領域に置き、一旦ワークＷを離すとする。

なお、より簡易なシステムとしては、ワークＷのピックアップや運搬を人が手動で行なってもよい。

このように測定領域に運ばれてきたワークＷは自動測定装置２００によってその寸法が測定される。
自動測定装置２００は、小型の測定器（小型の測定工具）としてのマイクロメータ３００を自動化した自動測定装置２００である。
本実施形態の自動測定装置２００を、自動マイクロメータ装置２００と称することにする。
図２は、自動マイクロメータ装置２００の外観図である。
自動マイクロメータ装置２００は、マイクロメータ３００と、測定器支持台部４００と、ワーク保持台部４６０と、を備えている。

マイクロメータ３００は、元来、手動で操作する小型の測定器であり、本実施形態のマイクロメータ３００としては、現在市販されているマイクロメータ３００を利用すればよい。
簡単にマイクロメータ３００の構成を説明しておく。
マイクロメータ３００は、Ｕ字形フレーム（固定要素）３１０と、スピンドル（可動要素）３３０と、シンブル部３４０と、変位検出部３５０と、を有する。

Ｕ字形フレーム３１０は、Ｕ字の一端の内側にアンビル３２０を有する。
スピンドル３３０は、Ｕ字形フレーム３１０の他端側に設けられ、アンビル３２０に対して軸方向進退可能に設けられている。
スピンドル３３０の一端側端面には、ワークＷに当接するための測定面が設けられている。同じく、アンビル３２０の他端側端面にもワークＷに当接するための測定面が設けられている。測定面は、平坦面に加工され、例えば、超硬合金材やセラミックで形成されている。
スピンドル３３０は、シンブル部３４０の回転操作によって軸方向進退するように送り移動されるものである。

なお、スピンドル３３０の送り方式としては、スピンドル３３０自体が回転する回転送り式と、スピンドル３３０自体は回転しない直動送り式と、がある。
回転送り式では、スピンドル３３０自体に雄ネジを設けておいて、Ｕ字形フレーム３１０側に雌ネジを設けておく。シンブルとスピンドル３３０とが一体回転するように両者を係合させておき、シンブルの回転操作によってスピンドル３３０を回転させる。すると、スピンドル３３０がネジ送りによって進退する。
直動送り式では、シンブル３４０の内側に送りネジを切っておいて、スピンドル３３０には前記送りネジに係合するピンを設けておく。スピンドル３３０を回り止めした状態でシンブル３４０を回転させると、ピンと送りネジとの係合によってスピンドル３３０が送られる。
本実施形態に採用するマイクロメータ３００のタイプとしては、回転送り式でも直動送り式でもよい。

シンブル部３４０は、Ｕ字形フレーム３１０の他端側においてスピンドル３３０の他端に配置されている。
シンブル部３４０は、回転操作によってスピンドル３３０を進退させる操作部である。
ここで、本実施形態に採用するマイクロメータ３００としては、シンブル部３４０とスピンドル３３０との間に定圧機構を有するタイプが好ましい。
定圧機構は、予め設定された負荷がスピンドル３３０にかかったときに、シンブルとスピンドル３３０との係合を解除してシンブルをスピンドル３３０に対して空転させるものである。
測定時に定圧機構を常に同じように適正に作動させることにより測定時の測定圧を一定にし、測定精度（繰り返し精度）を高く保つことができる。
定圧機構は市販のマイクロメータ３００にも組み込まれており、例えば、特許３１１５５５５、特許３７２４９９５、特許５４２６４５９、特許５２７０２２３にも開示されている。定圧機構としては、シンブルとスピンドル３３０との間に所定負荷以上の力が掛かったときに滑りが生じるようにしたラチェット機構や、シンブルの外スリーブと内スリーブとの間に所定負荷以上で滑りが生じるように介装した板バネ等で構成できる。

さらに、本実施形態に採用するマイクロメータ３００としては、スピンドル３３０にかかる負荷を検出する測定圧検出機構を有することが好ましい。
例えば、特許３７５１５４０、特許４８０６５４５、特開２０１９－１９０９１６に測定圧検出機構が開示されている。
測定圧検出機構としては、歪みゲージ等でスピンドル３３０にかかる負荷を直接または間接的に検出してもよいし、前記定圧機構が作動したことでスピンドル３３０に掛かる負荷が所定値になったことを検出するようにしてもよい。測定圧検出機構は、所定測定圧を検出したときには信号（測定圧信号）を出力する。例えば、変位検出部３５０は、測定圧検出機構で所定測定圧が検出されたことを受けて、測定値（変位量）のサンプリング（ラッチ）を行なう。

変位検出部３５０は、スピンドル３３０の変位量（あるいは位置）を検出する。変位検出部３５０は、ロータリエンコーダやリニアエンコーダによって構成される。

なお、変位検出部３５０としては、エンコーダではなく、アナログ式（目盛式）でもよい。この場合、自動化するにあたっては、目盛をデジタルカメラ等で読み取って、画像解析（画像認識）で測定値を読み取るようにしてもよい。
この場合、アナログ式目盛、デジタルカメラおよび画像認識部（画像解析部）によって変位検出部が構成されているとしてもよい。

さらに、Ｕ字形フレーム３１０のおもて面には測定値を表示する表示パネル部３１１や操作用のスイッチが設けられている。また、Ｕ字形フレーム３１０内に内蔵された電気回路部の機能として、有線または無線通信で測定値を外部出力する測定値出力機能が搭載されている。

次に、測定器支持台部４００を説明する。
測定器支持台部４００は、基枠体４１０と、測定器保持部４２０と、自動操作部４４０と、を有する。

基枠体４１０は、全体的には矩形の枠体である。
説明のために図２中に示すように互いに直交するＸＹＺの座標軸をとる。
基枠体４１０を構成する４辺のうち、Ｘ軸方向に平行な二辺を第１長辺部４１１と第２長辺部４１２とし、Ｙ軸方向に平行な二辺を第１短辺部４１３と第２短辺部４１４とする。

第１、第２長辺部４１１、４１２および第１、第２短辺部４１３、４１４は、例えば、長さを調整できるように伸縮可能になっているとよい。これにより、マイクロメータ３００やワークＷのサイズに応じて基枠体４１０の大きさを調整できる。

第１長辺部４１１には測定器保持部４２０が設置され、第２短辺部４１４には自動操作部４４０が設置され、第２長辺部４１２にはワーク保持台部４６０が設置される。
このとき、測定器保持部４２０の設置位置をＸ軸方向に沿って調整できるように第１長辺部４１１はレールを有している。同じく、自動操作部４４０の設置位置をＹ軸方向に沿って調整できるように第２短辺部４１４はレールを有している。ワーク保持台部４６０の設置位置をＸ軸方向に沿って調整できるように第２長辺部４１２はレールを有している。

測定器保持部４２０は、第１長辺部４１１に固定的に取り付けられている。
測定器保持部４２０は、押え板である。
押え板は、マイクロメータ３００（測定器）を基枠体４１０に取り付けるように第１長辺部４１１と押え板との間にマイクロメータ（測定器）３００のＵ字形フレーム（固定要素）３１０を挟み込む。マイクロメータ３００の向きとしては、スピンドル３３０の進退方向（軸方向）がＸ軸と平行、Ｕ字形フレーム３１０の一端側（アンビル３２０側）が第１短辺部４１３側、Ｕ字形フレーム３１０の他端側（シンブル側）が第２短辺部４１４側、であるとする。

自動操作部４４０は、モータ４４２の動力によってスピンドル３３０（可動要素）の進退を自動制御する。
自動操作部４４０は、モータハウジング４４１と、モータ４４２と、動力伝達部４５０と、モータ制御器４４３と、を備える。

モータハウジング４４１は、モータ４４２とモータ制御器４４３とを収納している。
モータハウジング４４１は、マイクロメータ３００のスピンドル３３０（あるいはシンブル部３４０）の中心線の延長線上に配置されている。つまり、自動操作部４４０は、モータ４４２の回転子の回転軸がスピンドル３３０（あるいはシンブル部３４０）の中心軸と同一直線上となるように設置されている。必要に応じて、モータハウジング４４１の位置を第２短辺部４１４のレールに沿って移動させて位置を調整するとよい。

モータ４４２としては、回転子の回転を出力軸に取り出す通常の電動モータでよい。
ただし、モータ４４２は、制御パルスで正回転および逆回転の回転角（回転数）をある程度制御できることが好ましい。また、モータ４４２は、トルク検出機能を有していることが好ましい。（モータ４４２のトルク検出自体は、例えば印加電流（印加電圧）の増減からトルクを求めるなど種々の方式が知られている。）モータ４４２としては、例えばステッピングモータを採用できる。（もちろんサーボモータや同期モータでもよいのであってモータ４４２の構造や駆動方式は特段限定されない。）

動力伝達部４５０は、シンブル部３４０に外嵌する固着環４５１と、モータ４４２の回転子の回転軸と同期して回転するように設けられた回転板４５２と、固着環４５１と回転板４５２とを繋ぐ伝達リンク棒４５３と、を備える。
伝達リンク棒４５３は、その一端が固着環４５１に固定され、他端が回転板４５２に固定されている。伝達リンク棒４５３は、スピンドル３３０の中心軸と平行である。回転板４５２がモータ４４２によって回転すると、その回転は伝達リンク棒４５３によって固着環４５１に伝達され、固着環４５１が回転板４５２と同期して回転する。

モータ制御器４４３は、モータ４４２の回転駆動を制御して、スピンドル３３０の進退を制御する。モータ制御器４４３によるモータ４４２制御については後述する。

次に、ワーク保持台部４６０を説明する。
ワーク保持台部４６０は、マイクロメータ３００（測定器）の測定領域に測定対象であるワークＷを保持する。
ワーク保持台部４６０は、支持支柱４６１と、ワーク載置板４６２と、を有する。
支持支柱４６１は、第１長辺部４１１に取り付けられている。
ワーク載置板４６２は、ＸＹ面に平行な面を有するＬ形の板体であって、支持支柱４６１に固定されている。ワーク保持台部４６０で保持したワークＷがマイクロメータ（測定器）３００の測定領域に入るように、支持支柱４６１の位置を第２長辺部４１２に沿って調整し、さらに、ワークＷの測定対象箇所（測定対象部位）がアンビル３２０とスピンドル３３０とに挟まれるようにワーク載置板４６２の高さ（Ｚ軸方向位置）を調整するとよい。

ワーク載置板４６２のワークＷを載せる面は、平坦面であるからこの載置面に載せられて保持されているワークＷはスピンドル３３０から押されると容易にその位置および姿勢を変更する。つまり、ワークＷにスピンドル３３０が当たると、ワークＷはアンビル３２０側に向けて押され、載置面上を滑ってアンビル３２０に当たるところまで移動する。そして、ワークＷがアンビル３２０と当たるとワークＷの移動は規制されるから、ワークＷはアンビル３２０とスピンドル３３０とで挟み込まれる。このとき、アンビル３２０の測定面とワークＷの接触面とが密着し、かつ、スピンドル３３０の測定面とワークＷの接触面とが密着するようにワークＷはその姿勢を変更する。このようにワークＷが固定されず、載置面上である程度は動きを許容されるようになっていることで、アンビル３２０とスピンドル３３０とでワークＷの測定対象部位を隙間無くピッタリ挟み込むことができるようになっている。

ワーク載置板４６２のワークＷ載置面は、摩擦が小さすぎると、ロボットハンド１４０や人の手でワークＷを載置したときにワークＷが滑って落下したり、載置したときの向きや姿勢からずれてしまったりすることが懸念されるので、ワークＷとの間にある程度の摩擦を生むように凹凸加工されているとよい。ワークＷが載置面に載った状態において、設定された測定圧以下の力（例えば１Ｎ～５Ｎ程度）がワークＷに作用したとき、ワークＷがその位置および姿勢を変えられるようになっているとよい。

（動作説明）
自動マイクロメータ装置２００の動作を説明する。
図３、図４は、自動マイクロメータ装置２００による測定動作を説明するためのフローチャートである。
ロボットアーム１３０によってワークＷがワーク載置板４６２にセットされたことを検知すると（ＳＴ１１０：ＹＥＳ）、モータ制御器４４３は、予め設定された（プログラムされた）モータ駆動制御を実行する。
まず、モータ制御器４４３は、モータ４４２を比較的高速で順回転させてスピンドル３３０をアンビル３２０に向けて前進させる（ＳＴ１２０）。このときのモータ４４２の回転速さは、例えば、１８０ｒｐｍである。（あるいは１００ｒｐｍ～２００ｒｐｍ程度である。）
例えば図５は、スピンドル３３０が前進する様子を例示する図である。

ＳＴ１２０では、測定時間を短縮するという観点ではできる限り回転速度を高くするのがよいと考えられる。ただし、回転速度を高くしすぎると、スピンドル３３０がワークＷに当たったときにワークＷを損傷する恐れがある。また、回転速度を高くしすぎると動力伝達部４５０に生じる遠心力が高くなり、モータトルクが大きくなる。すると、トルクの大きさでスピンドル３３０（アンビル３２０）とワークＷとの接触を検知するという構成の都合上、トルク検出機能がスピンドル３３０（アンビル３２０）とワークＷとの接触を誤検出するという問題もある。したがって、スピンドル３３０とワークＷに当たったことを検知するためのトルク閾値をまずは設定しておいて、このトルク閾値を超えない速さでモータを回転させるのがよいと考えられる。

スピンドル３３０がアンビル３２０に向かって前進していくと、スピンドル３３０がワークＷに当たる。ワークＷはワーク載置板４６２に載った状態で固定されているわけではないので、そのままスピンドル３３０に押されて移動し、ワークＷがアンビル３２０に接触する。
図６は、アンビル３２０とスピンドル３３０とでワークＷを挟んだ状態を例示した図である。
アンビル３２０とスピンドル３３０とでワークＷを挟んだ瞬間、モータトルクが増大し、トルク検出機能によりモータ制御器４４３はスピンドル３３０がワークＷに接触したこと、言い換えると、アンビル３２０とスピンドル３３０とがワークＷに接触したことを検知する（ＳＴ１３０：ＹＥＳ）。

モータ制御器４４３は、スピンドル３３０がワークＷに接触したことを検知したら、即座にモータ４４２を比較的高速で所定回転数だけ逆回転させてスピンドル３３０を後退させる（ＳＴ１４０）。
逆回転の回転速さは例えば１８０ｒｐｍである。また、逆回転の回転数は例えば０．５回転である。なお、この回転速さ（１８０ｒｐｍ）は例示であって、前進時（ＳＴ１２０）の回転速さと逆転時の回転速さ（ＳＴ１４０）とは同じでもよいし、異なっていてもよい。

ここでは、「停止」や「減速」ではなく、比較的高速の逆回転でスピンドル３３０を一旦後退させるのがよい。
第１の理由としては、スピンドル３３０がワークＷに食い込むのを確実に回避するためである。単なる停止よりも一旦後退させる制御信号を送った方が食い込みを確実に回避できる。また、測定圧を発生させる際に定圧機構を作動させることになるが、スピンドル３３０を常に同じ速度で前進させながら定圧機構を作動させるためには、スピンドル３３０の作動距離を確保しておく必要がある。そこで、ワークＷに測定圧を掛ける動作を常に同じにできるように、一旦スピンドル３３０をステップバックさせておくとよいと考えるのである。

次に、比較的低速でモータ４４２を順回転させてスピンドル３３０をアンビル３２０に向けて前進させる（ＳＴ１５０、ＳＴ１６０）。
低速前進工程（ＳＴ１５０）として、比較的低速でモータ４４２を順回転させる。その回転数は、先に後退（ＳＴ１４０）した分と同じだけの回転数である。ここでは、例えば、９ｒｐｍで０．５回転とする。これでワークＷをゆっくりと押しながらワークＷとアンビル３２０との接触およびワークＷとスピンドル３３０との接触を確実にする。

続けて、測定面接触工程（ＳＴ１６０）として、比較的低速でモータ４４２を順回転させる（ＳＴ１６０）。その回転数は、例えば、ワークＷがアンビル３２０とスピンドル３３０に接触してから定圧機構が作動するまでに相当するシンブル回転量（スピンドル３３０回転量）に相当するものとする。ここでは、例えば、９ｒｐｍで０．５回転とする。（これはＳＴ１５０と同じであるが、回転速度や回転数は適宜変更してもよい。）
ここで、一度、ゆっくりと定圧機構を作動させることにより、ワークＷとアンビル３２０との接触面、および、ワークＷとスピンドル３３０との接触面を確実になじませる（密接させる）。

いま、この状態でアンビル３２０とスピンドル３３０との間にワークＷをしっかりと挟んでいる。そこで、測定圧印加工程（ＳＴ１７０）として、比較的高速でモータ４４２を順方向に回転駆動させる。例えば、１８０ｒｐｍで３回転させる。このとき定圧機構が再度作動し、所定の測定圧がかかる。

なお、本ステップ（ＳＴ１７０）のモータ回転速さはもっと高速にしてもよい（例えば、１５０ｒｐｍ－２５０ｒｐｍ）。前ステップ（ＳＴ１６０）でなじませが完了しており、スピンドル３３０（アンビル３２０）とワークＷとの接触面がしっかりなじんでいる。したがって、スピンドル３３０（アンビル３２０）とワークＷとの食い込みは発生しにくいと考えられる。
また、スピンドル３３０（アンビル３２０）とワークＷとはすでに接触しているのであるから、トルク検出機能でスピンドル３３０（アンビル３２０）とワークＷとの接触を誤検出するというような制限はない。
また、本ステップ（ＳＴ１７０）の回転数は、定圧機構を作動させるのに必要な回転数であり、１．５回転～３．５回転程度でよく、これは使用するマイクロメータの（定圧機構の）仕様にもよる。

マイクロメータ３００は、測定圧印加工程（ＳＴ１７０）で定圧機構が作動した瞬間に測定値をサンプリングする（ＳＴ１８０）。サンプリングした測定値（測定データ）は、有線あるいは無線通信で外部出力され（ＳＴ１９０）、測定データは外部のＰＣ（パソコン）やデータ処理装置で収集され処理される。

ここまでで１つの測定値を取得できたので、モータ制御器４４３はモータ４４２を比較的高速で逆回転させて、スピンドル３３０を後退させる。この測定動作をワークＷを交換しながら続ける。

このような本実施形態の自動測定システム１００によれば、ワークＷの測定作業がほぼ自動化される。
本実施形態の自動マイクロメータ装置２００は、接触式の小型の測定器（小型の測定工具）であるマイクロメータ３００を自動化するものである。マイクロメータ３００は一般的な工場には既にあると期待できるものなので、測定器支持台部４００と、ワーク保持台部４６０と、自動操作部４４０と、を用意するだけでマイクロメータ３００の自動化を実現できる。すなわち、自動測定の導入に要する費用を極めて低廉にすることができ、人手不足の解消に資するところ大である。

マイクロメータ３００は接触式であるので、測定安定性が極めて高い。また、マイクロメータ３００の歴史は長く、世の中にも広く普及しており、測定作業者にとって最も馴染みがある測定器といってよい。したがって、作業者はマイクロメータ３００の校正作業など必要な取り扱いに十分に習熟しており、改めて難しい作業手順を覚えたり、訓練したりする必要はほぼないのである。

これまでにも自動測定装置は種々提案されてきたが、その多くは非接触式の測定工具を用いるものであった。例えば、エアマイクロメータやレーザースキャンマイクロメータ等を用いるものが多かった。しかし、このような非接触式測定機器は極めて高価であり、また、メンテナンスがやや難しい。この点、マイクロメータ３００を自動化できる本実施形態の自動マイクロメータ装置２００は安価でかつ扱いやすいという利点がある。

これまで接触式の小型の測定器（小型の測定工具）の代表であるマイクロメータ３００の自動化が難しかった理由の１つは、ワークＷを両側から正しく挟んで接触面（測定面）をなじませることが難しかった点にある。
この点、本実施形態では、ワークＷとマイクロメータ３００とは相対位置を固定せず、測定圧以下の力で位置および姿勢を変更できるようにしている。
また、マイクロメータ３００に備わっている定圧機構とモータ４４２に備わっているトルク検出機構とを総合的に利用し、スピンドル３３０の前進と後退を数段階で行ない、特に、測定面（接触面）をしっかりなじませる（密着させる）工程（ＳＴ１６０）と、所定の測定圧を掛ける工程（ＳＴ１７０）と、を行なっている。
通常、手動でシンブルを回転させる際は、一定の速さで回転させて、そのまま一定の回転で定圧をかけて測定するものであり、バックしたり、定圧機構をゆっくりと高速との二段階で作動させたりするようなことはないが、条件を変えた繰り返しの実験により手動操作とは違う制御工程を工夫したことで自動測定でも安定した測定値を得られるようになった。
これによりマイクロメータ３００の自動化が実現できた。また、モータ制御によって常に同じ動きでワークＷを測定することができるようになるので、作業者ごとの習熟度や動きの癖で測定値に差が生じるような問題も解消されることとなった。

本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態ではワークＷをワーク載置板４６２に載置するとしたが、ワークＷがグリップ（把持）されていてもよい。この場合、ワーク把持手段が例えば平行板バネのような平行移動を許容するフローティング継手を介してワーク保持台部４６０に取り付けられて支持されていてもよい。あるいは、ワーク把持手段がロボットアームであってもよい。（この場合、ワーク把持手段であるロボットアームまたはロボットハンドが例えば平行板バネのような平行移動を許容するフローティング継手を有していてもよい。）
もちろん、測定器支持台部４００の方が平行移動を許容するようになっていてもよいのであり、この場合、測定器保持部４２０の方がフローティング継手を介して基枠体４１０に取り付けられていてもよい。
許容すべき平行移動方向は、少なくとも、スピンドル３３０の進退方向（スピンドル３３０の軸方向）と平行な方向である。
スピンドル（アンビル）とワークとの接触面がなじむためにわずかに回転の自由度も必要になるような場合には、回転軸を持たせてもよいし、例えば板バネの弾性等で向き（姿勢）の変更を許容するようにしてもよい。

上記実施形態の動作例としては、ワークＷを測定する動作を例にしたが、基点の設定や、ゲージブロックを使用した校正も同じ動作で行えることはもちろんである。

１００…自動測定システム、１１０…ベルトコンベア、１２０…ストッカー、１３０…多関節型のロボットアーム、１４０…ロボットハンド、１５０…カメラ、２００…自動マイクロメータ装置（自動測定装置）、３００…マイクロメータ（測定器）、３１０…Ｕ字形フレーム（固定要素）、３２０…アンビル、３３０…スピンドル（可動要素）、３４０…シンブル部、３５０…変位検出部、４００…測定器支持台部、４１０…基枠体、４１１…第１長辺部、４１２…第２長辺部、４１３…第１短辺部、４１４…第２短辺部、４２０…測定器保持部、４４０…自動操作部、４４１…モータハウジング、４４２…モータ、４４３…モータ制御器、４５０…動力伝達部、４５１…固着環、４５２…回転板、４５３…伝達リンク棒、４６０…ワーク保持台部、４６１…支持支柱、４６２…ワーク載置板。

Claims (11)

1. ワークの寸法を測定するための測定器を用いてワークを自動的に測定する自動測定装置であって、
   前記測定器と、
   前記測定器を支持する測定器支持台部と、
   前記ワークを前記測定器の測定領域内に保持するワーク保持台部と、を具備し、
   前記測定器は、
   固定要素と、
   前記固定要素に対して変位可能に設けられていて、前記ワークに対して接離するように進退する可動要素と、
   前記可動要素の変位を検出する変位検出部と、を有し、
   前記測定器支持台部は、
   前記測定器の前記固定要素を保持する測定器保持部と、
   前記測定器に着脱可能であって、モータの動力によって前記可動要素の進退を自動化する自動操作部と、を有し、
   前記ワーク保持台部に保持された前記ワークと、前記測定器保持部に保持された前記測定器と、の少なくとも一方は、前記ワークと前記可動要素とが当接したときに、前記測定器に予め設定された所定測定圧以下の圧力でその位置および姿勢を変更して、前記ワークおよび前記可動要素の互いの当接面が密接するように保持されており、
   前記自動操作部は、
   前記モータの駆動を制御するモータ制御器と、
   前記モータと前記可動要素とを直接的または間接的に連結して前記モータの動力を前記可動要素の進退に変換する動力伝達部と、を有し、
   前記モータ制御器は、前記モータを介して前記可動要素が前記ワークに接触したことを検知する検知機能を有し、
   前記動力伝達部は、前記可動要素に予め設定された負荷がかかったときに、前記モータと前記可動要素との連結を解除して前記可動要素から前記ワークに対して所定負荷以上の力が掛からないようにする定圧機構を有し、
   前記可動要素を前進させる方向のモータ駆動方向を順方向とし、
   前記可動要素を後退させる方向のモータ駆動方向を逆方向とするとき、
   前記モータ制御器は、
   第一の前進工程として、順方向のモータ駆動で前記可動要素を前進させ、
   前記可動要素と前記ワークとの接触を検知したとき、第一の後退工程として、予め決められた分だけ逆方向のモータ駆動で前記可動要素を後退させ、
   次に、第二の前進工程として、順方向のモータ駆動で前記可動要素を前進させて再度前記可動要素と前記ワークとの接触を確実にし、続けて、測定面接触工程として、さらに予め決められた分だけ順方向のモータ駆動で前記可動要素を前進させ、
   その後、測定圧印加工程として、予め決められた分だけ順方向のモータ駆動で前記可動要素を前進させる
   ことを特徴とする自動測定装置。
2. 請求項１に記載の自動測定装置において、
   前記モータ制御器は、
   モータ駆動の制御モードとして、
   高速駆動である高速駆動モードと、
   前記高速駆動モードの速さよりも低速である低速駆動モードと、を有しており、
   前記モータ制御器は、
   前記第一の前進工程として、前記高速駆動モードの順方向で前記可動要素を前進させ、
   前記可動要素と前記ワークとの接触を検知したとき、前記第一の後退工程として、予め決められた分だけ前記高速駆動モードで逆方向に前記可動要素を後退させ、
   次に、前記第二の前進工程として、前記低速駆動モードで順方向に前記可動要素を前進させて再度前記可動要素と前記ワークとの接触を確実にし、続けて、測定面接触工程として、さらに予め決められた分だけ前記低速駆動モードで順方向に前記可動要素を前進させ、
   その後、前記測定圧印加工程として、予め決められた分だけ前記高速駆動モードで順方向に前記可動要素を前進させる
   ことを特徴とする自動測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の自動測定装置において、
   前記ワーク保持台部は、前記ワークが載置されるワーク載置台である
   ことを特徴とする自動測定装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の自動測定装置において、
   前記ワーク保持台部は、前記ワークを把持するワーク把持手段を有し、
   前記ワーク把持手段および前記測定器保持部のうち一方は他方に対する相対変位を許容するように設けられている
   ことを特徴とする自動測定装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の自動測定装置において、
   前記測定器は、
   元来は手動操作用であって手動回転操作または手動押引操作によって前記可動要素を進退させる操作部を有し、
   前記自動操作部は、
   前記操作部に着脱可能であって、前記操作部をモータの動力によって操作して前記可動要素の進退を自動化する
   ことを特徴とする自動測定装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の自動測定装置において、
   前記測定器はマイクロメータであって、
   前記マイクロメータは、
   Ｕ字の一端の内側にアンビルを有する前記固定要素としてのＵ字形フレームと、
   前記Ｕ字形フレームの他端側に設けられ、前記アンビルに対して軸方向進退可能に設けられた前記可動要素としてのスピンドルと、を有し、
   前記自動操作部は、
   モータと、
   前記モータの出力軸と前記スピンドルとを直接的または間接的に連結して前記モータの動力を前記スピンドルの進退に変換する動力伝達部と、を有する
   ことを特徴とする自動測定装置。
7. 請求項６に記載の自動測定装置において、
   前記自動操作部は、前記モータの回転子の回転軸が前記スピンドルの中心軸と同一直線上となるように前記スピンドルの中心軸に直交する方向において位置変更できるように設けられている
   ことを特徴とする自動測定装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の自動測定装置において、
   前記マイクロメータは、
   前記Ｕ字形フレームの他端側において前記スピンドルの他端に配置され、元来は指で回転操作するためのシンブルを有し、
   前記動力伝達部は、
   前記シンブルに外嵌する固着環と、
   前記モータの回転子の回転軸と同期して回転ように設けられた回転板と、
   前記スピンドルの中心軸と平行に配置され、かつ、一端が前記固着環に固定され、他端が前記回転板に固定されており、前記スピンドルの中心軸を回転の中心として回転して前記回転板の回転を前記固着環に伝える伝達リンク棒と、を備える
   ことを特徴とする自動測定装置。
9. 請求項８に記載の自動測定装置において、
   前記シンブルと前記スピンドルとの間には、
   前記スピンドルに予め設定された負荷がかかったときに、前記シンブルと前記スピンドルとの係合を解除して前記シンブルを前記スピンドルに対して空転させる定圧機構が設けられている
   ことを特徴とする自動測定装置。
10. 請求項９に記載の自動測定装置において、
    前記自動操作部は、前記モータの回転を制御するモータ制御器を有し、
    前記モータ制御器は、前記モータのトルク検知機能を有し、
    前記モータ制御器は、
    モータ回転数の制御モードとして、
    高速回転である高速回転モードと、
    前記高速回転モードの回転速さよりも低速である低速回転モードと、を有しており、
    前記スピンドルを前進させる方向のモータ回転方向を順回転とし、
    前記スピンドルを後退させる方向のモータ回転方向を逆回転とするとき、
    前記モータ制御器は、
    前記高速回転モードの順回転で前記スピンドルを前進させ、
    前記トルク検知機能によって前記スピンドルと前記ワークとの当接を検知したとき、予め決められた第１回転数分だけ前記高速回転モードの逆回転で前記スピンドルを後退させ、
    次に、前記第１回転数分だけ低速回転モードの順回転で前記スピンドルを前進させ、続けて、さらに予め決められた第２回転数分だけ低速回転モードの順回転で前記モータを駆動させ、
    その後、予め決められた第３回転数分だけ前記高速回転モードの順回転で前記モータを駆動させる
    ことを特徴とする自動測定装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の自動測定装置と、
    前記ワークをピックアップして次々に前記ワーク保持台部に搬送するワーク搬送手段と、を備える
    ことを特徴とする自動測定システム。

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