JPH05280908A - 円筒形部品の機械加工中にその部品の直径を測定する装置 - Google Patents

円筒形部品の機械加工中にその部品の直径を測定する装置

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JPH05280908A
JPH05280908A JP3216641A JP21664191A JPH05280908A JP H05280908 A JPH05280908 A JP H05280908A JP 3216641 A JP3216641 A JP 3216641A JP 21664191 A JP21664191 A JP 21664191A JP H05280908 A JPH05280908 A JP H05280908A
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machined
diameter
sensor
coupling
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JP3216641A
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Xavier Esteve
グザビエール・エステーヴ
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Meseltron SA
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘッド及びこのヘッドを保持する部材を薄く
する。 【構成】 測定装置は、測定すべき部品（２）に当接す
るＶ字形開口を有するヘッド（５）と、それと関連する
空気圧センサ（１０）とを具備する。システムは、測定
すべき部品と、Ｖ字形開口で支持される接触部材（８，
９）との永久接触を確保するために、ヘッドに関わる結
合手段（２５，２６，２７，２９，３１，３２）と、圧
接手段（３３，３４）と、維持手段（３９）とを含む。
装置は非常に薄形の構成であるので、たとえば、円筒形
のクランク軸軸受などの狭く、奥行のあるゾーンにも適
合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】特に工作機械にあって、円筒形部
品が所定の直径に達したときにその部品に対する機械加
工動作を中断させる測定装置において、機械加工すべき
部品に当接する２つのまっすぐな隆起部がＶ字状に設け
られている開口を有し、機械加工すべき部品の軸に対し
てほぼ垂直な２つの平行な面を有し、厚みがこれらの平
行な面により規定されるヘッドと、２つの隆起部が成す
角度の二等分線が水平面とほぼ平行な平面に位置づけら
れるように配向される前記ヘッドに取付けられ、前記二
等分線に沿って機械加工すべき部品に向けられ、円筒形
部品の直径を表す信号を供給するセンサと、機械動作中
の前記隆起部と円筒形部品との接触を確保するために、
機枠に固定されたベースにヘッドを機械加工すべき円筒
形部品の軸に対してほぼ垂直な平面Ｘ−Ｙにおけるヘッ
ドの移動性及び保持性を確保するように結合する結合手
段と、ヘッドを機械加工すべき部品に圧接する弾性圧接
手段と、前記機枠に固定されたベース上に結合手段があ
る状態でヘッドを維持する弾性維持手段を含み、前記セ
ンサと、前記結合手段と、前記弾性圧接手段と、前記弾
性維持手段とは、全て、ヘッドの厚みを規定する前記２
つの平行な面の延長により境界を限定される空間の中に
位置している測定装置。
【０００２】
【従来の技術】機械加工の途中で（作業間測定によっ
て）円筒形部品の直径を測定することは既に知られてい
る。これは、たとえば、イタリアの会社であるＭａｒｐ
ｏｓｓの「Ｐｉｎｖａｒ」（登録商標）と呼ばれる測定
ヘッドに代表される。この装置では、回転する円筒を２
つの真向かいに配置された接触部材により検出する。接
触部材の一方は測定ヘッドと共に固定されている。他方
の部材は移動自在であり、ヘッドに関して回動するレバ
ーの端部に配置されている。このシステムの場合、可動
レバーと、それらに関して必要な軸受けとがかなりのス
ペースを占め、また、それらが十分に機能するために密
封構造が必要であるという点に問題がある。そこで、測
定ヘッドは、たとえば１８ｍｍ程度のかなりの厚みにな
ってしまう。従って、このような装置は、クランクピン
の間で利用可能な空間がたとえば１０ｍｍに狭くなって
いる寸法の小さな円筒形クランク軸軸受けの作業間測定
などには適していない。
【０００３】この問題を克服するために、本発明では、
６ｍｍを越えない寸法で入手でき、たとえば、Ｓｈｅｆ
ｆｉｅｌｄ製品のメーカーである米国の会社Ｂｅｎｄｉ
ｘから市販されている空気圧センサを使用するのが好ま
しい。本発明の出願人は、Ｖ溝の形態をとる部品を含む
それ自体公知の構成とこのような空気圧センサとを関連
させるという考えをもっていた。測定すべき円筒がその
溝に係合すれば、Ｖの隆起部と円筒の表面との間隔を測
定し、そこから円筒の直径を十分に導き出すことができ
る。この原理の説明の１例は、「Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃ
ｈ ｄｅｒ Ｌａ″ｎｇｅｎｎｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ」
（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ，ベルリン、１９５
４年刊）という文献の４６６〜４６７ページに見られ
る。このような方法は、本発明の出願人によるフランス
特許第２５７０４８７号で実施され且つ説明されてい
る。しかしながら、これは円筒形部品の直径の静止測定
のための装置に関する。上記の特許は測定ヘッドが測定
すべき部品に当接し且つ自動的に中心位置合わせできる
ようになることを予知してはいるが、そのようなシステ
ムを機械加工中に円筒に利用し、円筒の自己校正を可能
にすることができるような教示はそこには全く見られな
い。詳細にいえば、グラインダがあるために、測定装置
を円筒形部品の下に配置することはできず、グラインダ
に面するように装置を配置しなければならないが、その
結果、上記の特許では解決されないいくつかの問題、特
に、以下の説明から明らかになるような測定装置のヘッ
ドの重量を補償するという問題が起こる。
【０００４】ドイツ特許第１５０２４７７号に記載され
ている測定装置の場合には、ヘッドの隆起部と機械加工
すべき部品との接触を確保するために、機械のフレーム
に固定されたベースにヘッドを結合する結合手段を含
む。この結合手段は、機械加工すべき部品の軸に対して
ほぼ垂直なＸ−Ｙ平面におけるヘッドの移動性と保持性
を保証する。この特許には、ヘッドを機械加工すべき部
品に圧接する弾性圧接手段も示されている。ところが、
結合手段と、弾性圧接手段とは、いずれも、ヘッドの厚
みを規定している２つの平行な面の延長により境界を限
定される空間の中に入っていない。詳細にいえば、上記
の特許は４枚の垂直で可撓性のブレードによって形成さ
れた弾性圧接手段を示す。それらのブレードがヘッドの
厚みにより境界を限定される空間の外に位置することは
明かである。従って、このような構成ではヘッドが相当
に厚くなってしまうので、先に示唆した寸法の小さいク
ランク軸の場合のように狭く奥深いゾーンに適合させる
ことはできない。さらに、上記の特許の構成には、ヘッ
ドを弾性的に維持する手段は設けられておらず、ヘッド
は機械加工すべき部品にかかるその自重によって支えら
れるので、ヘッドの接触部材の摩耗は不規則になりがち
である。最後に、ヘッドが機械加工すべき部品に当接す
るとき、水平ばねブレードは圧縮状態で作用するため、
さほど可撓性をもたない厚いブレードを使用する必要が
あるということを述べておく。
【０００５】英国特許第Ａ−１ ０９９６９２号も、Ｘ
−Ｙ平面におけるヘッドの移動性及び保持性を確保する
結合手段と、ヘッドを機械加工すべき部品に圧接する弾
性圧接手段とを提供する。しかし、ヘッドを機枠に結合
する手段はヘッドの厚みの外側に位置しているため、ど
うしてもヘッドは幅広くなってしまう。また、ヘッドの
弾性維持手段は設けられていないので、摩耗について先
の節で示唆した問題が起こる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
ヘッドの厚みを薄くし、その厚み内に各部材が納まる測
定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の問題を克服するた
めに、本発明は、前記センサと、前記結合手段と、前記
弾性圧接手段と、前記弾性維持手段とが、全て、ヘッド
の厚みを規定している２つの平行な面の延長により境界
を限定される空間の中に位置していることを特徴とす
る。以下本発明を例示する添付の図面を参照して本発明
を説明する。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明に従った測定装置１の原理を
示す図である。図中、２は機械加工すべき円筒形部品、
３はそのような機械加工を行うために設置したグライン
ダである。４は工作機械のフレームである。機械加工す
べき部品２は、たとえば、部品支持用チャックなどによ
り矢印Ａの方向に駆動され、グラインダ３は矢印Ｂの方
向に駆動される。部品２の直径が所定の寸法に達したと
き、機械加工動作を中断するようにグラインダ３を後退
させる。
【０００９】図１に示す通り、測定装置１は、Ｖの字を
描いて位置する２つのまっすぐな隆起部６及び７を備え
た開口部を有するヘッド５を含む。隆起部は部品２に当
接し、ここでは、たとえば炭化タングステンなどの硬質
材料から形成される円筒形の棒の母線、すなわち接触部
材８及び９により構成されている。ヘッド５に取付けら
れたセンサ１０は、隆起部６及び７が成す角度の二等分
線に沿って位置している。このようなセンサは、周知の
通り、機械加工すべき部品の直径を表す信号を発生す
る。また、ヘッド５は、機械加工すべき部品に対して、
上記二等分線がここでは工作機械のフレーム４により表
される水平面とほぼ平行な平面に位置するような向きで
配置されていることがわかる。
【００１０】図２は、センサ１０を詳細に示す。この場
合、センサは間接漏れ型の空気圧センサである。センサ
１０それ自体に嵌合する可撓性のチューブ１１に、加圧
空気１５が吹き込まれる。センサはチャンバ１２を含
み、そのチャンバの中でピストン１３が動く。このピス
トンには、空気を流通させるための通路１４が設けられ
ている。ピストンの末端部は円錐部１６と、フィーラ１
７である。センサが自由な状態にあるときは、ピストン
は、オリフィス１８のフランジ１９に円錐部１６を当接
させることによって、オリフィス１８を閉塞する。部品
２の直径がグラインダの研削動作の効果によって減少し
たときに、ピストン１３が右方向に押し戻されると、空
気は矢印２０及び２１の方向へ流れるようになる。この
時点で空気の流れは変化し、そのために圧力の変化が起
こり、それはフィーラがセンサの中へどの程度まで侵入
したかを表す測定量となる。
【００１１】従って、機械加工動作中、ヘッド５は絶え
ず部品２と当接しており、たとえば、部品の真円度又は
同軸性の欠陥、測定ヘッドの位置決め精度の不十分さ、
あるいは熱膨張によって起こる影響などが原因となっ
て、部品がヘッドに対して必然的に生じる相対移動に適
応しなければならない。本発明によれば、そのような適
応は、測定装置がヘッドをフレーム４に固定されたベー
ス２２に結合する手段を含んでいることにより得られ
る。図１には、固定個所をねじ軸２３により概略的に示
してある。以下に詳細に説明する結合手段は、ヘッドが
機械加工すべき円筒形部品の軸２４に対してほぼ垂直で
あるＸ−Ｙ平面で維持されると同時に移動自在であるよ
うに構成される。図１のヘッド５にある矢印Ｘ−Ｙはそ
のような移動性を表している。
【００１２】先に述べた通り、結合手段はヘッドを部品
のヘッドに関する相対運動に適応させる働きをするもの
であるが、このヘッド結合手段に加えて、以下のさらに
詳細な説明から明らかになるように、ヘッドを機械加工
すべき部品にある力をもって圧接することが必要であ
る。
【００１３】また、図１からわかるように、ヘッドの自
重を補償するために、ヘッドをそれに関連する結合手段
をも含めて、機械のフレームに固定されたベース２２に
対して弾性維持手段により維持しなければならない。
【００１４】そこで、まず、本発明を説明するためにそ
の原理のみを示している図である図１を参照しながら、
結合手段、圧接手段及び維持手段について論じることに
する。
【００１５】ヘッド５とベース２２とを結合する結合手
段は上部要素２５と、下部要素２６とを含み、これらの
要素は機械加工すべき部品の軸２４の上方と下方にそれ
ぞれ位置している。要素２５及び２６は、それぞれ、ヘ
ッドを規定の経路に従って水平方向（Ｘ方向）に変位さ
せる第１の案内手段２７及び２９を介してヘッドに結合
している。上部要素２５は第１の案内手段２７によって
ヘッドに結合し、下部要素２６は第１の案内手段２９に
よってヘッド５に結合している。それぞれの要素２５，
２６は、ヘッド５を規定の経路に従って垂直方向（Ｙ方
向）に変位させる第２の案内手段３１及び３２によっ
て、機械のフレーム４に固定されたベース２２にも結合
している。図１では、ここで採用する機構をさらに理解
しやすくするために、Ｘ及びＹに従った経路を誇張して
示してある。このような経路については、部品のヘッド
５に関する相対運動にヘッドを適用させることを考慮に
入れなければならないので、経路は多くとも１〜２ｍｍ
と、小さな振幅のものであることがわかるであろう。
【００１６】ヘッドを機械加工すべき部品に圧接する弾
性圧接手段は、たとえば２Ｎ程度の力を示さなければな
らない。この力は、ヘッド５に当接すると共に、上部要
素２５及び下部要素２６のそれぞれに形成されているハ
ウジング３５，３６に当接する第１のばね３３及び３４
により確保される。図１によれば、ハウジング３５及び
３６に設けられたねじ３７及び３８によってそのような
圧接力を調整できる。
【００１７】最後に、上部要素２５と、下部要素２６と
から成る結合手段を含めてヘッド５を維持する弾性維持
手段は、ベース２２に形成されているハウジング４０に
位置し、上部要素２５に当接する少なくとも１つの第２
のばね３９を含む。この第２のばねはヘッド５と、それ
に関連する２つの要素２５及び２６との重量を補償する
ことがわかる。この場合にも、ヘッドと、それに関連す
る要素の重量を補償する維持力の調整を可能にするため
に、ハウジング４０にねじ４１が設けられている。
【００１８】図３は、本発明の好ましい一実施例の正面
図を示し、原則として、図１に示した概略実施形態を構
成する構成要素を全て含んでいる。そこで、図３でも、
同様の構成要素については、図１で使用したのと同じ図
中符号を使用する。
【００１９】概略実施形態と比較して、図３の好ましい
実施例は重要な相違点を示す。図３では、第１の案内手
段２７及び２９の代わりに、弾性ブレード４７，４８，
４９及び５０が設けられている。ブレードは上部要素２
５についてはスリーブ５１及び５２により互いに離間し
ており、下部要素２６についてはスリーブ５３及び５４
により互いに離間している。ブレード及びスリーブは図
中符号はないが図には示されているねじによってヘッド
５と、要素２５及び２６とにそれぞれ固定されている。
図３からわかるように、それらのねじは、特にヘッドが
機械加工すべき円筒形部品に対して規定の力を加えられ
ていないときに経路制限手段として採用される突起５５
及び５６，５７及び５８をそれぞれ固定する働きもす
る。ヘッド５の一部を形成する突起５６及び５８は、第
１のばね３３及び３４の支承点としても作用する。
【００２０】図３の好ましい実施例によれば、さらに、
図１の第２の案内手段３１及び３２の代わりに、図中符
号はないが図には示されているねじによって一方の側で
はベース２２に固着され、他方の側では上部要素及び下
部要素２５，２６に固着された弾性ブレード６１及び６
２を使用している。突起６，６４及び６５，６６は、特
にこの構成が先に示した位置以外の位置にある場合にそ
れらのブレードの経路制限手段としても働く。
【００２１】図３に示すように、ベース２２はねじ（ね
じの軸は、図中符号はないが図には示されている）によ
って支持体９０に固着されている。この支持体自体は、
図６から明かである通り、案内面に沿って移動自在に取
付けられたキャリッジに固定されている。
【００２２】図１で採用されている案内手段の代わりに
ブレードを利用すると、いくつかの重要な利点が得られ
る。第１に、妨害、摩擦又はヒステリシスなしに運動が
起こるという点である。中でも、頑丈であり且つ平面Ｘ
およびＹに対して垂直な方向（Ｚ軸）に遊びがない構成
を提案するという点は有利である。
【００２３】直径が大きく異なる部品を機械加工すべき
場合には、様々な大きさをもつ構造で測定装置を提供で
きるであろう。各構造はヘッドの寸法が互いに異なって
いるだけであるので、同じ基本装置をそのまま保つこと
ができる。ただし、ヘッドと、上部要素及び下部要素
と、ベースとはねじによって組立てられるので、所定の
装置のヘッドのみを交換するに際して解決できないほど
の難しい問題が起こることはない。図３，図４及び図５
は、機械加工すべき部品の直径が３０〜１２５ｍｍであ
るとき、それらの部品に対応するために同じ上部要素２
５及び下部要素２６と、同じベース２２とに取付け可能
である３種類のヘッドを示す。図３のヘッドは直径が３
０〜５５ｍｍのときに使用でき、図４のヘッドは直径が
５５〜９０ｍｍのとき、図５のヘッドは直径が９０〜１
２５ｍｍのときにそれぞれ使用できる。図３及び図５
は、直径がそのヘッドに関しては最小の直径（たとえ
ば、それぞれ３０ｍｍと９０ｍｍ）であるような部品を
機械加工する場合を示す。図４は、これに対し、機械加
工すべき部品がヘッド容量の最大限（たとえば９０ｍ
ｍ）にある場合を示す。
【００２４】図４及び図５は、センサ１０がヘッドに侵
入する深さを調整できるようにすることの必要性を明確
に指摘している。粗調整は、センサ１０を手で変位さ
せ、先端が円錐形になっている心棒１７によってセンサ
を阻止することにより行われれば良く、この心棒１７
は、同じように円錐形の先端を有するねじ７１により制
御される（図４を参照）。Ｖ字開口部におけるセンサの
行過ぎ量の微調整も、測定手段の校正を進行する上で同
様に必要である。このために、図３にその全体が示され
ているシステムを採用する。ヘッド５の背面は溝穴７２
と、その溝穴の末端にある月形開口７３とを含み、それ
により、ヘッドの後部は前方ブロック７４と、後方ブロ
ック７５とに分かれている。ばね７７を圧縮しているね
じ７６はそれら２つのブロックを一体にしようとする
が、その一体化作用はスリーブ７８により制限される。
センサを後退させるためには、溝穴７２を開いて、前方
ブロックに設けられているストッパ８０に当接するねじ
７９を回すことが必要である。
【００２５】構成を調整すべきときには、通常、比較に
よって調整を進めてゆく。得ようと思っている寸法を有
する規格部品を装置にセットする。次に、センサの侵入
深さを先に説明した手順に従って粗調整し、次に微調整
する。この構成は、侵入深さに関して、機械加工を中断
させる信号を発生するように形成されている。次に、一
般的に求めるべき寸法より十分の数ミリメートル大きい
直径を有する部品を機械加工すべき部品として規格部品
の代わりにセットする。そこで、ヘッド５の接触部材８
及び９を機械加工すべき部品に、ブレード４７，４８，
４９及び５０がほぼ垂直になるまで圧接する。垂直にな
った時点で、ヘッドから部品に加わる力は第１のばね３
３及び３４が発生する力であり、機械加工を開始して良
い。直径が規格部品の直径に達すると、機械加工は中断
される。
【００２６】図６は、本発明による測定装置の用途の一
例を示す。ここでは、円筒形の支え面８１，８２及び８
３を機械加工しなければならないクランク軸９０が示さ
れている。そのような支え面の直径を小さくするために
グラインダ８４，８５及び８６を使用するが、それらの
グラインダの支え力に対抗するのはバックレスト８７，
８８及び８９である。機械加工中の直径の測定に利用で
きるのは、狭く奥深いゾーンである。本発明による測定
装置は非常に薄型の構成であるので、そのようなゾーン
での測定は著しく容易になる。空気圧センサの直径が６
ｍｍ程度であれば、幅が９ｍｍを越えない構成を提供す
るとが可能である。図６に示されている測定装置１のヘ
ッド開口部は支え面８３と接触しており、他の２つの装
置は測定ゾーンから退いている。先に述べた通り、装置
１は支持体９０に固着され、支持体９０はキャリッジ９
１に固着されている。キャリッジ９１はすべり面９２に
沿って摺動自在であり、従って、図示されている後退量
より大きく装置を後退させて、装置を動作領域の外へ出
すこともできる。図６は、突起５５、ブレード４７及び
４８、スリーブ５１、上部要素２５及び支持体９０があ
っても、装置全体はヘッド５の厚みを越えないことを明
瞭に示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎となるものを説明する測定装置の
原理図。
【図２】好ましいセンサの動作を詳細に示す図１の装置
の一部の図。
【図３】直径の小さい部品を機械加工すべき場合に適す
るヘッドを示す本発明による測定装置の好ましい一実施
例の正面図。
【図４】図２の構成に適応でき、中程度の直径を有する
部品を機械加工すべき場合に適するヘッドを示す図。
【図５】図４の構成に適応でき、直径の大きな部品を機
械加工すべき場合に適するヘッドを示す図。
【図６】本発明による測定装置をクランク軸の機械加工
に３つ使用しており、そのうち２つの装置は後退し、第
３の装置は機械加工すべき円筒形の支え面にまたがって
位置している状況を示す平面図。
【符号の説明】
１ 測定装置 ２ 機械加工すべき部品 ５ ヘッド ８，９ 接触部材 １０ センサ ２５ 上部要素 ２６ 下部要素 ２７，２９ 第１の案内手段 ３１，３２ 第２の案内手段 ３３，３４ 第１のばね ３９ 第２のばね ４７，４８，４９，５０ 弾性ブレード ６１，６２ 弾性ブレード

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特に工作機械にあって、円筒形部品が所
    定の直径に達したときにその部品に対する機械加工動作
    を中断させる測定装置において、 機械加工すべき部品に当接する２つのまっすぐな隆起部
    がＶ字状に設けられている開口を有し、機械加工すべき
    部品の軸に対してほぼ垂直な２つの平行な面を有し、厚
    みがこれらの平行な面により規定されるヘッドと、 ２つの隆起部が成す角度の二等分線が水平面とほぼ平行
    な平面に位置づけられるように配向される前記ヘッドに
    取付けられ、前記二等分線に沿って機械加工すべき部品
    に向けられ、円筒形部品の直径を表す信号を供給するセ
    ンサと、 機械動作中の前記隆起部と円筒形部品との接触を確保す
    るために、機枠に固定されたベースにヘッドを機械加工
    すべき円筒形部品の軸に対してほぼ垂直な平面Ｘ−Ｙに
    おけるヘッドの移動性及び保持性を確保するように結合
    する結合手段と、 ヘッドを機械加工すべき部品に圧接する弾性圧接手段
    と、 前記機枠に固定されたベース上に結合手段がある状態で
    ヘッドを維持する弾性維持手段を含み、前記センサと、
    前記結合手段と、前記弾性圧接手段と、前記弾性維持手
    段とは、全て、ヘッドの厚みを規定する前記２つの平行
    な面の延長により境界を限定される空間の中に位置して
    いる測定装置。
JP3216641A 1990-08-02 1991-08-02 円筒形部品の機械加工中にその部品の直径を測定する装置 Pending JPH05280908A (ja)

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