JPH02110309A - 超音波厚さ計を用いた測定方法およびその測定装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は超音波厚さ計を用いて工作物の厚さを測定する
方法およびその測定装置に係わり、とりわけ機上の工作
物の厚さを自動計測で精度よく測定する方法およびその
測定装置に関する。

（従来技術） 航空機用部品等の工作物の厚さ測定に超音波を用いた厚
さ計が近年多く使われてきているが、その測定は手作業
によっている。その大きな理由は被測定物の表面はミク
ロ的にみると凹凸があり、超音波厚さ計の探触子と被測
定物表面とが完全に接触せず超音波の伝播が不完全にな
り、この状態で測定を行なうと測定値にばらつきが生じ
る。そこで被測定物表面の測定箇所を手作業で水あるい
は油等で濡らし探触子を当てて測定値の安定化を計って
いた。

（発明が解決しようとする課題） 工作物の厚さ測定は手作業によるため、大型の工作物の
場合は測定箇所の数が多く大きな労力を要するばかりで
なく、手作業によるために工作物表面に探触子を押付け
る力が一定せず、そのため測定値にばらつきが生じ精度
よく測定することが難しかった。さらに測定結果は超音
波厚さ計の表示部の数値を読取るか、あるいは測定する
都度プリントアウトの押しボタン操作が必要であった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、その目的は
工作物の厚さを自動的にかつ高精度に測定する方法およ
びその測定装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明による超音波厚さ計を
用いて機上の工作物の厚さを測定する方法は、ノズルを
ＮＣ制御装置によって工作物表面の測定箇所の近傍に移
動させて該測定箇所にクーラントを噴射し、同じく超音
波探触子をＮＣ制御装置によって工作物表面の測定箇所
に移動させると共に前記ノズルによってクーラントを噴
射した前記測定箇所に対して一定の押付は力で押圧して
厚さを測定し、超音波厚さ計の測定データを前記ＮＣ制
御装置に取込み、前記ＮＣ制御装置内で前記測定データ
を演算処理してその測定結果を出力することを特徴とし
ている。

なおＮＣ制御装置内において工作物の設定データと超音
波厚さ計からの測定データとにより加工誤差を計算し、
前記誤差が公差以内のときと公差を越えたときとで出力
する測定結果の文字の色を異ならせることが好ましい。

さらに上記目的を達成するための本発明による超音波厚
さ計を用いて機上の工作物の厚さを測定する装置は、超
音波厚さ計を取付けた測定ヘッドと、クーラント供給装
置と、工作物表面の測定箇所に前記クーラント供給装置
からのクーラントを噴射するノズルと、前記測定ヘッド
およびノズルを測定箇所を示す位置データに基づいて移
動させると共に超音波厚さ計の測定データを取込み演算
処理するＮＣ制御装置と、前記ＮＣ制御装置による演算
結果を出力する出力部とを有することを特徴としている
。

なお、超音波厚さ計を取付けた測定ヘッド、はヘッド本
体と、ヘッド本体先端に設けられたケースと、前記ケー
スに係合離脱可能に配設され先端部に超音波厚さ計の探
触子を取付けた収納ケースと、同収納ケースの元端に取
付けられ端面に円錐状凹穴が穿設されたキャップと、両
端が円錐状に形成され一端を前記キャップの円錐状凹穴
に係合するピボット軸と、一端前記ビボット軸の他端に
係合する円錐状凹穴が穿設され軸方向に移動可能に前記
ヘッド本体に支持された軸と、前記軸の位置を検知する
位置検出器とからなるものであることが好ましい。

（作用） ＮＣ制御装置より測定モードの指令が発せられると、工
作物表面の測定箇所の座標値、理論厚さ、公差等の諸デ
ータをＮＣテープより読取り、測定ヘッドおよびノズル
を最初の測定箇所に移動させ、ノズルからクーラントを
測定箇所に向けて噴射する。

次いで測定ヘッド下端に取付けられた超音波厚さ計の探
触子を前記の測定箇所面に当接させ、この状態で超音波
厚さ計で厚さを測定し、その測定データをＮＣ制御装置
に取込み、その測定データを基にしてＮＣ制御装置内で
演算処理して、その結果を出力する。なお、測定ヘッド
を前記のように構成しておけば、測定ヘッドを測定箇所
に当接させると、探触子を取付けている収納ケースとヘ
ッド本体に取付けられているケースとの係合部が離れ、
収納ケースの元端に取ト［けられているキャップと軸と
の間には、ピボット軸が介在されているため、工作物の
被測定面が傾斜していると、探触子は最初に当接した点
を支点にして傾き、被測定面に平行に接触し、確実な測
定を可能にする。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

まず、測定装置について第１図ないし第３図を基に説明
する。

第２図は本発明を適用したグラノミラーの外形図で、床
に設置されたベツド１０１にはテーブル１０２が紙面に
対して垂直方向に摺動可能に搭載され、テーブル１０２
上には図示されていない工作物が取付は治具を介して取
付けられる。ベース１０３はベツド１０１の左右に固着
され、上面にはそれぞれコラム１０４が立設されている
。クロスレール１０５は左右のコラム１０４の滑り面１
０４ａにガイドされ図示省略したボールねじにより、上
下に移動可能に取付けられ、クロスレール１０５の滑り
面１０５ａ上には左右に移動可能なサドル１０６が取付
けられている。

サドル１０６には工作物を加工する加工ヘッド１０７お
よび測定ヘッド１が取付けられており、加工ヘッド１０
７の主軸１０７ａは垂直軸回りおよび水平軸回りに揺動
可能に取付けられている。

また測定ヘッド１は図示省略した油圧シリンダあるいは
ボールねじ等により、測定時には下降限位置に、非測定
時には上昇限位置をとるよう上下動可能に設けられ、加
工中は測定ヘッド１が、また測定中は加工ヘッド１０７
が互いに邪魔にならないような位置に置かれるようにな
っている。

次に測定ヘッド１の構成について第１図を参照して説明
する。

ヘッド本体２の下端にはケース３が取付けられ、このケ
ース３の下部には超音波厚さ計の探触子５を収納した収
納ケース４が設けられている。探触子５から引出された
電線は、ヘッド本体２に取付けられた超音波厚さ計２１
に接続されている。収納ケース４は非測定時には該収納
ケース４の円錐面４ａとケース３の円錐面３ａとが当接
することによりケース３に保持されている。収納ケース
４の上部には上端側に円錐状四穴６ａを設けたキャップ
６が固定されている０円錐状凹穴６ａにはピボット軸７
の下端が当接し、このピボット軸７の上端には軸８の下
端が当接している。軸８はヘッド本体２に２か所の軸受
９，１０を介して上下方向に摺動可能に支持され、下端
面に円錐状凹穴８ａを有し、前記ピボット軸７の上端と
係合している。軸８の中間部には段部８ｂが設けられ、
その段部８ｂとヘッド本体２との間にはスプリング１７
が挿入されている。このスプリング１７は探触子５の先
端を被測定箇所に当接させて厚さを計るときに、探触子
５を所定の押付は力で押圧するためのものであり、従っ
て軸８、ピボット軸７、収納ケース４の重量が重くそれ
自体の自重による抑圧で所定の押付は力が得られる場合
には、スプリング１７は不要となるか、または軸８に対
して上向きの力が作用するように設ける。

軸８の上端付近にはドッグ１１が取付けられ、ヘッド本
体２１ＰＩに取付けられた近接スイッチ１２．１３とで
、軸８とヘッド本体２との相対位置を検知している。

ヘッド本体２には図示されていないクーラント供給源か
らクーラントがパイプ１５を介して測定箇所に向けて噴
射するよう探触子５の近傍にノズル１６が設けられてい
る。

第３図はＮＣ制御装置２２の構成を示すブロック図で、
機械本体制御部２２ａと、測定データの計算を行なう演
算部２２ｂおよび工作物の設定データを記憶しておく記
憶部２２ｃとからなっている。Ｉｌ械本体制御部２２ａ
は機械および測定ヘッドの動作を制御し、記憶部２２ｃ
はＮＣテープからの工作物の設定データを読取り記憶し
ておく、また演算部２２ｂでは記憶部２２ｃに記憶され
ている設定データと、超音波厚さ計２１からの測定デー
タとで誤差を計算し、その結果をプリンタ２３に出力す
る。

次に第４図ないし第６図により本装置の動作と共に測定
方法について説明する。第４図は測定の概略のフローを
示すフローチャートで、５ＴＥＰＩでＮＣ制御装置２２
から測定の指令が出されると、５ＴＥＰ２で測定ヘッド
１が下降して下降限位置で停止し、５ＴＥＰ３に移る。

５ＴＥＰ３ではＮＣテープの設定データ、例えば工作物
の測定位置の座標値、理論厚さ、公差等を読取り、５Ｔ
ＥＰ４でＮＣ制御装置２２の記憶部２２Ｃに記憶する。

この場合測定箇所が少ないときはＭＤＩから設定データ
を入力してもよいことはいうまでもない。

すべてのデータが記憶されると、５ＴＥＰ５で第５図５
ＴＥＰ１１の測定サイクルに移り測定を行なう。

第５図は測定サイクルのフローチャートであり、測定サ
イクルが開始されると、５ＴＥＰ１２でＮＣ制御装置内
のメモリに記憶されている設定データを呼び出し、５Ｔ
ＥＰ１３で５ＴＥＰ１２のデータに基づいてテーブル１
０２およびサドル１０６を移動させることにより、Ｘ軸
、Ｙ軸の位置決めを行なう０次の５ＴＥＰ１４ではＺ軸
に指令を与えクロスレール１０５が下降をはじめ、５Ｔ
ＥＰ１５でノズル１６からクーラントが噴射され、測定
箇所が濡らされる。５ＴＥＰ１６では近接スイッチ１２
（第１図）の信号の有無を判別して、信号が発せられる
までクロスレール１０５を下降させ、近接スイッチ１２
の信号がＯＮになると、クロスレール１０５の下降が停
止し、５ＴＥＰ１７でクロスレール１０５すなわちＺ軸
の位置を記憶し、５ＴＥＰ１８でクーラントをＯＦＦす
る。

測定ヘッド１が測定可能位置よりＮＣ制御装置２２の措
置によりクロスレール１０５が下降をはじめ、測定ヘッ
ド１先端の探触子１０５が工作物の被測定面に当接し、
さらに下降すると、探触子１０５はそのままでヘッド本
体の２の先端に取付けられているケース３が下降しケー
ス３の円錐面３ａと収納ケース４の円錐面４ａとの係合
が離れはじめる。さらに下降が続くと、探触子５、収納
ケース４、キャップ６、ピボット軸７を介して軸８はそ
のままの状態を保つが、ヘッド本体２は下降しているの
で、軸８とヘッド本体２に対して上方へ移動し、軸８上
端近くのドッグ１１によりヘッド本体２に取付けられて
いる近接スイッチ１２が作動してＺ軸すなわちクロスレ
ール１０５の下降を停止させる。このヘッド本体２に対
する軸８の上昇量は何時も一定であるために、探触子５
の押付は力は何時も一定となる。

また工作物の被測定面が傾斜している場合でも、クロス
レール１０５が下降をはじめて探触子５の先端のある一
点が被測定面に当接し、さらにクロスレール１０５が下
降をすると、探触子５は最初に当接した点を支点にして
、収納ケース４の円錐面４ａとケース３の円錐面３ａと
が片側に隙間を生じ、かつ収納ケース４と軸８との間に
ピボット軸７を介在しているため、クロスレール１０５
の下降に伴って被測定面の斜面に接するように傾くこと
により探触子５が被測定面に確実に接触する。すなわち
ピボット軸７と軸８の接触点およびピボット軸７とキャ
ップ６との接触点でピボット軸７は傾き、探触子５先端
の直径と探触子５先端からキャップ６とピボット軸７と
の接触点までの距離およびピボット軸の長さにより決ま
る許容傾き角以内であれば、探触子５には傾きによる被
測定面と平行な分力は発生せず、押付力は常に被測定面
に対し垂直方向にのみ作用し、被測定面に対し横ずれを
生じることなく探触子５の押付力は常に一定となる。

これを第６図により説明すると、探触子５の先端部の点
Ｐが水平に対して角度θ傾いた被測定面に当接し、さら
にクロスレール１０５が下降すると、探触子５は点Ｐを
支点に傾き、キャップ６とピボット軸７との接触点Ｂは
Ｂ゛の方向に揺動する。またピボット軸７と軸８との接
触点ＡはＡｏの方向に移動し、ピボット軸は傾く、探触
子５の先端面が被測定面に密着したとき、接触点ＢはＢ
ｏに、接触点＾はＡｏの位置になり、ピボット軸７はθ
゛傾く。

この傾き角θ°の延長線と被測定面との交点Ｃの位置が
探触子５の先端の直径りの内側にあれば押付は力により
生じる転倒モーメントによっては、探触子５を取付けた
収納ケース４は倒れない。

このように傾斜面の測定においても探触子５は斜面と確
実に接触する。

その状態で所定時間経過ｆ＆５ＴＥＰ１９でＮＣ制御装
置２２は超音波厚さ計２１からの測定データを読取り記
憶する。５ＴＥＰ２０でクロスレール１０５は上昇し測
定前の位置に戻る。

５ＴＥＰ２１では理論値の設定データが有るか否かを判
別し、ない場合は５ＴＥＰ２６へ移る。設定データがあ
る場合は５ＴＥＰ２２へ移り、理論厚さと測定データと
により誤差量を演算し記憶する０次いで５ＴＥＰ２３へ
移り、公差の設定データの有無を判別し、無い場合は５
ＴＥＰ２６へ移る。公差の設定データがある場合は５Ｔ
ＥＰ２４で公差と誤差とを比較し、誤差が公差と等しい
かあるいは小さい場合には誤差信号をＯＦＦとし、誤差
が公差より大きい場合は誤差信号をＯＮとして、５ＴＥ
Ｐ２６で誤差信号の有無を記憶する。

５ＴＥＰ２７では設定データのプリントをするかしない
かの判別を行ない、しない場合は５ＴＥＰ３１へ移り、
プリントの指示があるときは５ＴＥＰ２８へ移り、５Ｔ
ＥＰ２６に記憶された誤差信号の有無を判別し、ない場
合は印字の色を黒とし、ある場合は赤とする。　５ＴＥ
Ｐ３０で５ＴＥＰ２９の色に応じてプリントアウトの指
示がされ、プリンタ２３により理論厚さ、測定値、測定
誤差等がプリントアウトされる。　５ＴＥＰ３１では設
定した全測定点が測定されたか否かを判別し、もし末だ
測定されていない箇所があれば５ＴＥＰ１３へ戻り、今
までの動作を繰返す、５ＴＥＰ３１ですべての測定が完
了すると５ＴＥＰ３２へ移り終了となり、第４図の５Ｔ
ＥＰ６へ移り、測定ヘッドは上昇して測定モードは終了
する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば大型の工作物の厚
さ測定を自動的に測定することがかでき、さらに探触子
の押付は力も一定であるので精度よく測定ができる。そ
のうえ傾斜面の測定であっても精度よ（確実に測定でき
る大きな利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定ヘッドの断面図、第２図は本発明
を適用したプラノミラーの外形図、第３図はＮＣ制御装
置の構成を示すブロック図、第４図は測定の概略手順を
示すフローチャート、第５図は測定サイクルの手順を示
すフローチャート、第６図は被測定面が傾斜面の場合の
説明図である。 １・・・測定ヘッド、２・・・ヘッド本体。 ３・・・ケース、　　　４・・・収納ケース。 ５・・・探触子、　　　６・・・キャップ。 ７・・・ピボット軸、８・・・軸。 １１・・・ドッグ。 １２．１３・・・近接スイッチ １６・・・ノズル、　　１７・・・スゲリング。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波厚さ計を用いて機上の工作物の厚さを測定す
   る方法において； ノズルをＮＣ制御装置によって工作物表面の測定箇所の
   近傍に移動させて該測定箇所にクーラントを噴射し、同
   じく超音波探触子をＮＣ制御装置によって工作物表面の
   測定箇所に移動させると共に前記ノズルによってクーラ
   ントを噴射した前記測定箇所に対して一定の押付け力で
   押圧して厚さを測定し、超音波厚さ計の測定データを前
   記ＮＣ制御装置に取込み、前記ＮＣ制御装置内で前記測
   定データを演算処理してその測定結果を出力することを
   特徴とする超音波厚さ計を用いた測定方法。 ２、ＮＣ制御装置内において工作物の設定データと超音
   波厚さ計からの測定データとにより加工誤差を計算し、
   前記誤差が公差以内のときと公差を越えたときとで出力
   する測定結果の文字の色を異ならせるようにしたことを
   特徴とする請求項１記載の超音波厚さ計を用いた測定方
   法。 ３、超音波厚さ計を用いて機上の工作物の厚さを測定す
   る装置において； 超音波厚さ計を取付けた測定ヘッドと、クーラント供給
   装置と、工作物表面の測定箇所に前記クーラント供給装
   置からのクーラントを噴射するノズルと、前記測定ヘッ
   ドおよびノズルを測定箇所を示す位置データに基づいて
   移動させると共に超音波厚さ計の測定データを取込み演
   算処理するＮＣ制御装置と、前記ＮＣ制御装置による演
   算結果を出力する出力部とを有することを特徴とする超
   音波厚さ計を用いた測定装置。 ４、超音波厚さ計を取付けた測定ヘッドは、ヘッド本体
   と、ヘッド本体先端に設けられたケースと、前記ケース
   に係合離脱可能に配設され先端部に超音波厚さ計の探触
   子を取付けた収納ケースと、同収納ケースの元端に取付
   けられ端面に円錐状凹穴が穿設されたキャップと、両端
   が円錐状に形成され一端を前記キャップの円錐状凹穴に
   係合するピボット軸と、一端前記ピボット軸の他端に係
   合する円錐状凹穴が穿設され軸方向に移動可能に前記ヘ
   ッド本体に支持された軸と、前記軸の位置を検知する位
   置検出器とを有することを特徴とする請求項３記載の超
   音波厚さ計を用いた測定装置。