JPH01263512A - ボールジョイントの測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボールジヨイントの先端球状部の寸法あるい
は形状精度等を測定する方法に関する。

［従来の技術］ 従来、ボールジヨイントの先端球状部の寸法あるいは形
状精度等を測定する手段として、■拡大投影器によって
間接的に測定する方法■三次元測定器を用いて測定する
方法 などが知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述しな各手段のうち、■の拡大投影器を用いる方法は
、ボールジヨイントを回転させながら拡大投影器にボー
ルジヨイントの影を写し、その輪郭をプロットしてゲー
ジあるいは数値計算等によって、ボールジヨイントの先
端球状部の球直径を算出する必要があるため、測定にか
なり時間がかかるばかりでなく、精度よく測定するため
には経験と技術が必要である。

また、■の三次元測定器を用いた方法では、かなり正確
に球直径を測定することができるが、測定に長時間を要
するとともに相当な労力と技能を必要としていた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によるボールジヨイントの測定方法は、以下のよ
うにしてボールジヨイントの先端球状部の球直径および
真球度を測定する方法である。まず、ボールジヨイント
の軸線と直交する方向に対向配置された投光部および受
光部からなるラインセンサの測定エリアの一端を上記ボ
ールジヨイントの先端球状部の内側に位置させる。次い
で上記ボールジヨイントをその軸回りに所定角度ずつ回
動させながら、各角度ごとに上記ラインセンサをその測
定エリアの一端を中心にしてボールジヨイントの軸線と
直交する方向の横軸回りに一定角度ずつ回動させて、上
記ラインセンサによってボールジヨイントの先端球状部
端面の位置を検出し、こうして得られた測定値をもとに
して、ボールジヨイント先端球状部の正確な球直径や真
球度を算出する。

［実施例］ 本発明の一実施例に係わるボールジヨイントの測定方法
をその測定装置の一例とともに図面にもとづき説明する
。

まず、測定Ｈ置について説明する。

第１図に示されるように測定装置１１は、測定物回転用
ユニット１２と、工具移動手段１３と、測定ヘッド１４
と、測定ヘッド駆動手段１５と、制御・演算部１６等を
備えて構成されている。

測定物回転用ユニット１２は、ボールジヨイントをつか
むチャック（図示せず）を備えるとともに、モータ２１
によってこのボールジヨイントｌを軸回りに所定の角度
ずつ正確に回転させることができるようになっている。

従ってこのモータ２１は、回転位置を制御できるように
例えばパルスモータ等が使われる。２２は駆動側回転体
であり、この駆動側回転体　２２の回転力は伝動体２３
によって従動側回転体２４に伝達される。

また測定物移動手段１３は、測定物回転用ユニッ）１２
をボールジョイン）１の軸線方向に往復移動させるもの
である。すなわちこの測定物移動手段１３は、案内レー
ル３１によって上述した測定物回転用ユニット１２を移
動自在に支持しており、パルスモータ３２に取付けられ
たリードスクリュー３３を回転させることによって、案
内レール３１に沿って測定物回転用ユニッ）１２をボー
ルジョイン）１と一緒に所望の位置に移動させることが
できるようになっている。これら測定物回転用ユニット
１２と測定物移動手段１３には、ボールジヨイント１の
位置を電気的に検出して制御・演算部１６にフィードバ
ックさせるための位置センサ（図示せず）が設けられて
いる。

測定ヘッド１４は、ラインセンサ４１を備えている。こ
のラインセンサ４１は、ボールジヨイント１の軸線と直
交する方向に対向配置された投光部４２と受光部４３と
を備えて構成される。第３図に示されるように、ライン
センサ４１は、測定エリア４４における遮光部４４ａ（
図中にハツチングを施した領域）の長さｒを検知するこ
とにより、測定した箇所の端面の位置を知るようになっ
ている。この測定ヘッド１４は、ボールジヨイント１の
軸線と直交する方向の横軸５１によって、回転自在に固
定側フレーム５２に支持されている。

この横軸５１の中心ｏ’−ｏ’（第２図参照）は測定エ
リア４４の一端４４ｂの位置と合致しており、しかも測
定エリア４４の一端４４ｂの高さとボールジヨイント１
の軸Ｏ−０の高さとが互いに正確に一致するように、フ
レーム５２の高さまたは測定物回転用ユニッ）１２の相
対的な高さが設計されている。

測定ヘッド駆動手段１５はモータ５３を備えている。こ
のモータ５３は測定ヘッド１４を、上述した測定エリア
の一端４４ｂを中心にして、ボールジヨイント１の軸線
と直交する方向の横軸５１回りに所定の角度ずつ回動さ
せるものであり、回転位置を制御できるように例えばパ
ルスモータが採用されている。この測定ヘッド駆動手段
１５には、測定ヘッド１４の位置を検出して制御・演算
部１６にフィードバックさせるためにセンサ（図示せず
）が設けられている。

制御・演算部１６は例えばマイクロコンピュータを利用
したものであり、各種データを人力するためのキーボー
ド部６１や、デイスプレィ部６２を備えている。この制
御・演算部１６は、上述した測定物回転用ユニッ）１２
のモータ２１と測定物移動手段１３のモータ３２および
測定ヘッド駆動手段１５のモータ５３の動きを制御可能
で、かつラインセンサ４１からの測定値を取込むととも
に、予めプログラミングされている処理手順により、こ
れらの測定値を演算処理可能としである。

次に、上記構成の測定装置１１を用いて、ポールジョイ
ン）１の先端球状部の球直径および真球度を測定する方
法につき説明する。

測定すべきボールジヨイントｌを測定物回転用ユニット
１２のチャックによって動かないように正確に保持させ
る。これは手作業で行なう。測定物移動手段１３のモー
タ３２を駆動してボールジヨイント１を測定物回転用ユ
ニット１２と一緒に前進させ、第３図に示されるように
、ラインセンサ４１の測定エリア４４０回転中心となる
一端４４ｂをボールジヨイント１の先端の頂部から数ｍ
ｌＴｌ位内側の所に停止させる。

次に測定ヘッド１４を、少なくとも３種類の角度、例え
ば第３図に示されるようにθｌ、θ２゜θ３の角度に順
次セットして先端球状部３の測定を行なう。すなわち、
測定エリアの一端４４ｂを中心にしてラインセンサ４１
を上述した角度に順次セットするごとに、ラインセンサ
４１によって遮光量測定を行ない、遮光部４４ａの長さ
ｒを制御・演算部Ｉ６に取込む。こうしてθＩ、θ２゜
θ３ごとの測定値ｒｌ　、ｒ２．ｒ３を得る。そして（
ｒ　ｌ　＝　ｒ　３　＋　θｌ〜θ３）をｘｙ座標値（
Ｘｌ　−ｘ３　、ｙｌ　〜ｙ３）に変換するとともに、
円の最小二乗法によって（ｘｉ　−ｘ３　、ｙｌ〜ｙ３
）からこれら３点を通る円の中心位置（ｘＯ。

ｙＯ）を求める。ここで、ｘ＝ｏ、ｙ＝Ｑの点がライン
センサ４１の回転中心４４ｂであるから、ポールジョイ
ン）１をその軸方向（Ｘ方向）にＸＯだけ移動させるこ
とにより、第４図に示されるように測定エリア４４の一
端４４ｂをボールジョイントエ真１の先端球状部３０球
中心位置Ｃに一致させる。すなわち心合わせが行なわれ
る。

以上の一連の工程が、予備測定（心合わせ）である。な
お、ラインセンサ４１の回転中心となる測定エリアの一
端４４ｂの高さと、ボールジヨイントの軸０−００高さ
は一致させであるから、上記ｙＯは設計的には０である
。しかしながら測定物回転用ユニット１２がＸ方向く図
示上下方向）にも移動できるような構造にしておけば、
より正確な心合わせが可能である。

次いで本測定に入る。その−例につき説明すると、上記
ラインセンサ４１を第４図に実線で示されるようにボー
ルジヨイント１の軸部より球面の始まるθ＝−θａの位
置に停止させる。モしてモータ５３を作動させることに
より、ラインセンサ４１をその測定エリア４４の一端４
４ｂを中心にして、ボールジヨイント１の軸線と直交す
る方向の横軸ｏ’−ｏ’回りに一θａから＋θａの範囲
にわたって任意角度ずつ回転させながら、その回転途中
でラインセンサ４１によって遮光部の測定を行なう。こ
の測定は一θａから＋θａの範囲で例えば２００箇所で
行ない、各角度ごとの測定値を制御・演算部１６に人力
する。この測定はボールジヨイント１がその軸回りに回
動しない状態で行なう。

入力されたデータは、予め制御・演算部１６にプログラ
ミングされている処理手順に従って、極座標値（ｒｏ　
−ｒｎ　、θ０〜θｎ）から直交座標値（ＸＯ〜ｘｎ　
、ｙＯ〜ｙｎ）に変換される。

次に、円の最小二乗法によって（ｘｏ　−ｘｎ。

ｙＯ〜ｙｎ）のデータから、この断面（後述するポール
ジョイン）１の軸線ｏ−ｏ回りの角度α＝０）６半径値
Ｒと中心位置（Ｘ、Ｙ）を算出する。また、００〜θｎ
における各点の曲率半径のばらつきを、次式 ％式％） 次ニ、モータ２１を作動させ、ボールジヨイント１の軸
線０−０回りに０６から１８０’まで全周にわたって任
意角度ずつ回転させて、複数回測定する０例えば、軸線
Ｏ−０回りに１５°回転させ、α１＝１５°の所で上記
同様の測定を行ない、その測定値を制御・演算部１６に
人力し、この断面（α１＝１５”）における半径値Ｒと
中心位置（Ｘ、Ｙ）およびθ０〜θｎにおける各点の曲
率半径のばらつきを求める。同様にα２＝３０°。

α３　＝４５’と、角度を１５°ずつ増加させて１８０
’まで１２回の測定を繰返し、その測定値を上記同様に
制御・演算部１６で演算処理し、各角度（α）における
半径値Ｒと中心位置（Ｘ、Ｙ）およびθＯ〜θｎにおけ
る各点の曲率半径のばらつきを求める。こうして得られ
た各種の演算結果をデイスプレィ部６２に表示するとと
もに、必要に応じてプリントアウトすることにより、ボ
ールジョイン）１の先端球状部３の球直径や各断面にお
ける曲率半径のばらつき等を把握でき、これらが規定値
を満足しているか否かを容易に判断することができる。

以上の一連の処理の流れを第６図に示す。

上述のように測定値を軸線Ｏ−０回りの各角度ごとの断
面における半径値Ｒと中心位置（Ｘ。

Ｙ）およびθＯ〜θｎにおける各点の曲率半径のばらつ
きを求めたが、一連の全部の測定値を制御・演算部１６
に人力し、極座標値（ｒＯ〜ｒｎ。

θＯ〜θｎ、αＯ〜αｎ）から直交座標値（ｘＯ〜ｘｎ
　、　ｙＯＡ−ｙｎ　、　ｚＯ〜ｚｎ　）に変換し、球
の最小二乗法によって（ｘｏ　−ｘｎ　、　ｙＯ−ｙｎ
　。

ｚＯ〜ｚｎ）のデータから半径１１ｉＲと中心位置（Ｘ
、Ｙ、Ｚ）を算出し、（θ０〜θｎ、αＯ〜αｎ）にお
ける各点の曲率半径のばらつきを次式％式％） なお、ラインセンサ４１の光源として通常白色光が用い
られるが、レーザー光を用いることにより更に測定精度
を向上させることができ、微小な曲率半径等が測定でき
る。

上記測定方法によれば、ボールジョンイトの先端球状部
の球直径を直接測定する方式であるから誤差が生じにく
く、正確に測定できる。そして、制御・演算部１６に予
め測定手順や処理手順をプログラミングすることにより
自動測定が可能であり、作業者の熟練や技能を必要とせ
ず、短時間に測定できる。

なお、上記実施例では先端部まで球面状のボールジヨイ
ントｌを測定する場合について説明したが、本発明は先
端部に平坦部を有する第７図に示されるボールジヨイン
ト１′にも適用できる。この場合、ラインセンサ４１の
測定エリア４４の一端４４ｂをボールジヨイント１′の
球状部３０球中心位置Ｃに一致させて、この一端４４ｂ
を中心にしてボールジ・ヨイントの軸線と直交する方向
の横軸ｏ’−ｏ’回りに−θａから−θｂおよび＋θｂ
から＋θａの範囲で任意角度ずつ回転させながら、その
回転途中でラインセンサ４１によって遮光部の測定を前
記同様に行なえばよい。以下、前記同様に測定を繰り返
し、その測定値を制御・演算部で演算処理すればよいの
で、詳細な説明は省略する。

［発明の効果コ 本発明によれば、以下のような効果を奏することができ
る。

（ａ）非接触測定のため、接触圧や弾性変形等の影響が
皆無であり、正確に測定できる。また、半径等を直接測
定する方式であるから、誤差が生じにくい。

（ｂ）非接触測定であるため磨耗箇所等がなく、装置自
体はほぼメンテナンスフリーである。

（Ｃ）作業者の熟練度や技能に左右されることなく、短
時間に高精度で測定が行なえる。

（ｄ）コンピュータによる完全自動測定化が可能であり
、作業者は主に測定物の取付けと取外しを行なうだけで
よいので、測定に要する作業が簡単である。そしてボー
ルジヨイントの良否を自動的に判定できるとともに、不
良位置の明示も可能である。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例に係わるボールジヨイントの測
定方法を説明するためのものであり、第１図は装置全体
を示す斜視図、第２図は第１図の要部拡大斜視図、第３
図はラインセンサによる予備測定時の動きを示す側面図
、第４図はラインセンサによるボールジヨイントの球半
径測定時の動きを示す側面図、第５図はボールジヨイン
トを軸回りに回動している状態を示す正面図、第６図は
ボールジヨイントの測定方法の一実施例を示すフローチ
ャート図、第７図は先端部に平坦部を有するボールジヨ
イントの側面図である。 １．１′・・・ボールジヨイント、３・・・先端球状部
、１１・・・測定装置、１２・・・測定物回転用ユニッ
ト、１３・・・測定物移動手段、１４・・・測定ヘッド
、１５・・・測定ヘッド駆動手段、１６・・・制御・演
算部、４１・・・ラインセンサ、４２・・・投光部、４
３・・・受光部、４４・・・測定エリア、４４ｂ・・・
測定エリアの一端、５１・・・横軸。 特許出願人　　　東プレ株式会社 第３図 第７図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ボールジョイントの軸線と直交する方向に対向配
   置された投光部および受光部からなるラインセンサの測
   定エリアの一端を上記ボールジョイント先端球状部の内
   側に位置させ、次いで上記ボールジョイントを軸回りに
   所定角度ずつ回動させながら、各角度ごとに上記ライン
   センサをその測定エリアの一端を中心にしてボールジョ
   イントの軸線と直交する方向の横軸回りに一定角度ずつ
   回動させて上記ラインセンサによつてボールジョイト先
   端球状部端面の測定値を取込み、こうして得られた測定
   値をもとにボールジョイント先端球状部の寸法あるいは
   形状精度を算出することを特徴とするボールジョイント
   の測定方法。
2. （２）前記ラインセンサの光源としてレーザー光を用い
   た特許請求の範囲第１項記載のボールジョイントの測定
   方法。