JPH09189501A - 外径測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定速度が速く、高精度で且つ測定子とを歪
ませたり損傷することがない外径測定装置を実現する。 【解決手段】 第１及び第２の移動部材22,24 と、第１
及び第２の移動部材を移動させる移動手段12と、第１及
び第２の移動部材22,24 にそれぞれ取り付けられ外径部
分に接触する第１及び第２の測定子26,28 と、第１及び
第２の測定子が被測定物30に接触したことを検出する接
触検出手段76と、第１及び第２の測定子間の距離を検出
する距離検出手段と、接触するまで第１及び第２の移動
部材を移動して接触時の第１及び第２の測定子間の距離
から外径を算出する制御手段80とを備える外径測定装置
において、被測定物30の外径を非接触で検出する外径検
出手段78を備え、制御手段80は、外径検出手段78が検出
した外径に基づいて切替え距離を算出し、切替え距離ま
では高速で、それ以後は低速で移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定子を移動させ
て被測定部分に接触した時の測定子の距離から外径を測
定する外径測定装置に関し、特に精密測定に使用される
外径測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定物（ワーク）の外径の精密測定を
行う装置としては、測定子をワークの外径部分に接触さ
せ、その変位を差動トランス等で検出する装置がある
が、これとは別に、２個の測定子の距離を変化させるよ
うに移動させる移動機構と２個の測定子の距離を精密に
検出する手段を設け、測定子がワークに接触する方向に
移動して接触した時の測定子間の距離から外径を測定す
る外径測定装置がある。

【０００３】図３はこのような外径測定装置の構成を示
す図である。この外径測定装置は、図示のように、装置
本体１０に駆動モータ１２を有している。駆動モータ１
２の駆動軸に、ベベルギア１４が固着され、このベベル
ギア１４にはベベルギア１６がかみ合うように配置さ
れ、このベベルギア１６もシャフト１８が連結されてい
る。シャフト１８にはねじ部１８Ａ、１８Ｂが形成さ
れ、ねじ部１８Ａとねじ部１８Ｂのねじは逆ねじ構造で
形成されている。また、装置本体１０にはガイド２０、
２１が固定され、移動部材２２はこのガイド２０、２１
に沿って移動可能に支持されると共に、シャフト１８の
ねじ部１８Ａに螺合されている。また、移動部材２４は
このガイド２０、２１に沿って移動可能に支持されると
共に、シャフト１８のねじ部１８Ｂに螺合されている。
移動部材２２には測定子２６が、移動部材２４には測定
子２８が設けられている。更に、図示していないが、移
動部材２４、２６が移動して測定子２６、２８が円筒状
ワーク３０に接触すると接触したことを検出するリード
スイッチ等の接触検出手段と、駆動モータ１２の回転量
を検出するエンコーダとが設けられている。

【０００４】このような外径測定装置では、移動部材２
４、２６を所定位置まで退避させた上で、ワークを配置
し、測定子２６、２８がワーク３０に接触するまで移動
部材２４、２６を移動させて停止させ、退避位置から停
止位置までの移動量をエンコーダの出力から算出して外
径を測定している。図３に示す外径測定装置では、測定
子２６、２８のワーク３０との接触圧を一定に保ことが
困難で、それにより測定誤差が生じるため、本出願人
は、昭和６３年特許願第２１６１０６号で、測定子２
６、２８をばねを介して移動部材２４、２６に取り付
け、測定子２６と２８の間の距離をリニアスケールで測
定する構成を開示している。

【０００５】図３に示された外径測定装置及び特願昭６
３−２１６１０６号に開示された外径測定装置のいずれ
においても、移動部材の移動量は常時監視しておりワー
クを配置して測定子を移動させるだけで測定可能である
が、測定の絶対精度を高くするため、基準となる外径を
有するマスターピースを被測定物として配置し、マスタ
ーピースの測定値が基準値に一致するように合わせるマ
スタ合わせを定期的に行うのが一般的である。マスタ合
わせは、測定するワークの寸法が変更になる度に行うこ
ともある。このようなマスタ合わせを行えば、外径測定
装置の測定精度は、繰り返し測定を行った場合の再現
度、すなわち繰り返し精度で決定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような外径測定
装置において測定を行う場合、ワークが配置又は交換で
きるように測定子２６と２８を所定位置まで退避させ、
測定するワークを配置する。その後、測定子２６と２８
がワークに接触するまで移動部材２４、２６を移動さ
せ、接触した時の移動部材２４、２６の距離、すなわち
外径を測定する。ここで、装置の繰り返し精度は、移動
部材２４、２６の移動速度に関係し、一般に移動速度を
遅くして測定子２６と２８をワークにゆっくり接触させ
る方が、機械のたわみ、特に測定子２６と２８のたわみ
が少なくなり、繰り返し精度がよい。そのため、高い精
度で精密に測定する場合には、移動部材２４、２６の移
動速度を小さくする必要がある。

【０００７】上記のように、外径測定装置において測定
を行う場合、測定子２６と２８を所定位置まで退避させ
た上でワークを配置して測定を行うが、移動部材２４、
２６の移動速度が小さいと、退避位置からワークに接触
するまでの時間が長くなり、測定に要する時間、すなわ
ち測定速度が低下するという問題が生じる。このような
外径測定装置は、従来手動操作により行われてきた外径
測定を自動化するために使用されることが多く、装置の
使用効率を高めるためにも、１個当たりの測定時間（ス
ループット）を高めることが求められており、測定速度
の低下は大きな問題である。

【０００８】このような問題を解決するために、最初は
移動部材２４、２６を高速で移動させて一旦測定子２６
と２８をワークに接触させ、その後少量戻した上でゆっ
くり移動させて再び接触させ、その時の値を検出する方
法も行われている。しかし、一旦接触した後戻した上で
再度移動させるといった複雑な動作を行うため、あまり
測定時間を短くするのは難しかった。更に、測定子２６
と２８は高速でワークに接触するため、測定子２６と２
８に無理な力が掛かり、測定子２６と２８を歪ませた
り、損傷するといった問題やワークに打痕傷が付くとい
った問題も生じている。

【０００９】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、測定子２６と２８を歪ませたり
損傷することなしに、外径測定装置の測定速度を向上さ
せることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明の外径測定装置は、別に非接触の外径測定手
段を設け、それによりあまり高精度ではないが外径を測
定し、その値に基づいて測定子が確実に接触しない範囲
でできるだけ外径に近い切替え位置を算出し、切替え位
置までは高速に測定子を移動させ、切替え位置後はゆっ
くりした移動速度で移動させるというように移動速度を
切り換える。

【００１１】すなわち、本発明の外径測定装置は、ガイ
ドに沿って移動可能な第１及び第２の移動部材と、この
第１及び第２の移動部材を逆方向に移動させる移動手段
と、第１及び第２の移動部材にそれぞれ取り付けられ、
被測定物の測定する外径部分に接触する第１及び第２の
測定子と、第１及び第２の測定子が被測定物に接触した
ことを検出する接触検出手段と、第１及び第２の測定子
間の距離を検出する距離検出手段と、接触検出手段が第
１及び第２の測定子が被測定物に接触したことを検出す
るまで、第１及び第２の移動部材を移動させるように制
御し、接触時の第１及び第２の測定子間の距離から被測
定物の外径を算出する制御手段とを備える外径測定装置
において、被測定物の外径を非接触で検出する外径検出
手段を備え、制御手段は、外径検出手段が検出した外径
に基づいて、第１及び第２の測定子が被測定物に接触す
る直前の切替え距離を算出し、切替え距離までは第１及
び第２の移動部材を第１の速度で移動させ、それ以後は
第１の速度より遅い第２の速度で移動させるように移動
手段を制御することを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、被測定物（ワーク）の外
径が別の外径検出手段で検出でき、その検出結果に基づ
いて、概略の外径を知ることができるので、ワークの表
面に接触するまでは高速で移動させ、ワークの表面に近
づいたら低速で移動させてゆっくり接触させることが可
能である。そのため、スループットを高くした上で、ゆ
っくり接触させることが可能であり、測定精度を高くす
ることが可能で、且つ測定子２６と２８を歪ませたり損
傷することがなくなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例の構成を
示す図である。図１において、参照番号１０は装置本体
を、１２は正転及び逆転可能な駆動モータを、１８は駆
動モータ１２の駆動軸に連結されたシャフトを、１９は
駆動モータ１２の回転角に応じてパルスを発生するエン
コーダを、２０と２１はガイドを、２２と２４はガイド
２０と２１に沿って移動可能な移動部材を、２６と２８
は移動部材２２と２４にそれぞれ取り付けられた測定子
を、３０は円筒状の被測定物（ワーク）を、７６は測定
子２６と２８がワーク３０に接触した時にオフするリー
ドスイッチを、７８は測定子２６と２８を結ぶ直線軸と
直交する軸上に配置された超音波センサを、８０は制御
部を示す。シャフト１８にはねじ部１８Ａ、１８Ｂが形
成され、ねじ部１８Ａとねじ部１８Ｂのねじは逆ねじ構
造で形成されている。移動部材２２はねじ部１８Ａに螺
合されており、移動部材２４はねじ部１８Ｂに螺合され
ており、駆動モータ１２が回転することによりシャフト
１８が回転すると、移動部材２２と２４はガイド２０と
２１に沿って逆方向に、すなわち、近づく方向又は遠ざ
かる方向に移動する。

【００１４】制御部８０は、ＣＰＵ８１と、ＲＯＭ８２
と、ＲＡＭ８３と、Ｉ／Ｏポート８４等で構成されるマ
イクロコンピュータで実現される。駆動モータ１２はＩ
／Ｏポート８４を介してマイクロコンピュータで回転が
制御され、エンコーダ１９のパルス出力はＩ／Ｏポート
８４を介してマイクロコンピュータに取り込まれ、パル
スをカウントすることにより駆動モータ１２の回転量、
すなわち移動部材２２、２４の移動位置が検出できるよ
うに構成されている。測定子２６と２８は、移動部材２
２と２４に固定されており、移動部材２２と２４の間の
相対距離は、測定子２６と２８の間の相対距離、すなわ
ち外径といえる。また、リードスイッチ７６もＩ／Ｏポ
ート８４を介してマイクロコンピュータに接続され、そ
の状態が検出できるようになっている。更に、超音波セ
ンサ７８もＩ／Ｏポート８４を介してマイクロコンピュ
ータに接続され、動作状態がマイクロコンピュータで制
御されると共に、その検出結果が読み取れるようになっ
ている。

【００１５】図２は、本実施例におけるマイクロコンピ
ュータでの処理を示すフローチャートである。図２を参
照して処理動作を説明する。ステップ１０１では、駆動
モータ１２を逆転させて、測定子２６と２８を所定位置
まで退避させる。通常はこの位置にリミットスイッチを
設け、移動部材２２と２４のいずれかがこのリミットス
イッチを切り換えると移動を停止し、その位置からの移
動量を測定することにより外径を算出している。これに
より検出誤差の累積が防止できる。

【００１６】ステップ１０２では、操作者にワークを配
置するか交換するように指示し、配置が終了するまでス
テップ１０３で待機する。配置の終了は、例えばスイッ
チを押すことによって指示し、マイクロコンピュータは
スイッチの状態を検出して指示を取り込む。ステップ１
０４では、超音波センサ７８を駆動してその出力を検出
する。超音波センサ７８は、その取り付け位置からワー
ク３０の表面までの距離を検出する。超音波センサ７８
からワーク３０の中心軸までの距離は超音波センサ７８
の取り付けによって決まり、既知であるから、超音波セ
ンサ７８からワーク３０の表面までの距離が検出できれ
ば、ワークの外径が検出できることになる。

【００１７】超音波センサ７８の測定精度は本実施例の
外径測定装置に比べてはるかに低精度である。そこで、
ステップ１０５では、超音波センサ７８の検出結果から
算出したワークの外径に測定誤差を見込んで、測定子２
６と２８が絶対にワーク３０に接触せず、且つできるだ
けワーク３０に近づく位置を算出する。この位置を速度
切替え位置とする。

【００１８】ステップ１０６では、退避位置にいる測定
子２６と２８を、高速な第１の速度で、測定子２６と２
８がワーク３０に接触する方向に移動させる。ステップ
１０７では、速度切替え位置まで移動したかを検出し、
速度切替え位置に移動するまで、第１の速度での移動を
続ける。速度切替え位置まで移動した時には、ステップ
１０８で、第１の速度より遅い第２の速度で測定子２６
と２８を移動するように切り換える。ステップ１０９で
は、測定子２６と２８がワーク３０に接触してリードス
イッチ７６がオフになったかを検出し、オフになるまで
第２の速度での移動を続ける。そして、リードスイッチ
７６がオフになった時に駆動モータ１２を停止してその
時の移動位置、すなわち外径を出力する。

【００１９】本実施例では、超音波センサ７８でワーク
３０の外径を測定しており、それを利用してワークがあ
るかないかを検出できる。そこで、例えば、ステップ１
０３でのワークの配置の終了の検出を、超音波センサ７
８でワーク３０が存在するかどうかを検出することによ
って行うことが可能であり、これであれば、ワーク３０
の配置後、操作者の指示を待たずに、直ちに動作が開始
できる。従って、ワークの供給及び配置が自動的に行わ
れるように自動化されている場合等には、スループット
が向上する。また、ワークの配置が自動化されている場
合には、配置が正常に行われたかを判定して制御部にフ
ィードバックすることが望ましいが、超音波センサ７８
の出力からワークの配置状態を検出することにより、こ
のようなことも可能になる。

【００２０】以上、図３に示した従来例に本発明を適用
した実施例を説明したが、本発明を特願昭６３−２１６
１０６号に開示された外径測定装置に適用することも可
能であり、各種の変形例が可能である。例えば、エンコ
ーダの出力をカウントして移動部材の移動位置を検出す
るのではなく、別にリニアスケールを設けて測定子又は
移動部材の位置を検出して外径を測定することも可能で
ある。また、超音波センサの代わりに、レーザを利用し
た距離センサやうず電流センサ等の非接触センサを使用
することも可能である。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、外径測定装置において、
スループットを高くした上で、測定精度を高くし、且つ
測定子とを歪ませたり損傷することがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の外径測定装置の構成を示す図
である。

【図２】本発明の実施例における制御部の処理を示すフ
ローチャートである。

【図３】従来の外径測定装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０…外径測定装置本体 １２…駆動モータ １８…シャフト １８Ａ、１８Ｂ…ねじ １９…エンコーダ ２０、２１…ガイド ２２、２４…移動部材 ２６、２８…測定子 ３０…被測定物（ワーク） ７６…リードスイッチ ７８…非接触センサ ８０…制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガイド（２０、２１）に沿って移動可能
   な第１及び第２の移動部材（２２、２４）と、 該第１及び第２の移動部材を、逆方向に移動させる移動
   手段（１２）と、 前記第１及び第２の移動部材（２２、２４）にそれぞれ
   取り付けられ、被測定物（３０）の測定する外径部分に
   接触する第１及び第２の測定子（２６、２８）と、 該第１及び第２の測定子（２６、２８）が前記被測定物
   （３０）に接触したことを検出する接触検出手段（７
   ６）と、 前記第１及び第２の測定子（２６、２８）間の距離を検
   出する距離検出手段（１９）と、 前記接触検出手段（７６）が、前記第１及び第２の測定
   子（２６、２８）が前記被測定物（３０）に接触したこ
   とを検出するまで、前記第１及び第２の移動部材（２
   ２、２４）を移動させるように制御し、接触時の前記測
   定子（２６、２８）間の距離から前記被測定物（３０）
   の外径を算出する制御手段（８０）とを備える外径測定
   装置において、 前記被測定物（３０）の外径を非接触で検出する外径検
   出手段（７８）を備え、 前記制御手段（８０）は、前記外径検出手段（７８）が
   検出した外径に基づいて、前記第１及び第２の測定子
   （２６、２８）が前記被測定物（３０）に接触する直前
   の切替え距離を算出し、該切替え距離までは前記第１及
   び第２の移動部材（２２、２４）を第１の速度で移動さ
   せ、それ以後は該第１の速度より遅い第２の速度で移動
   させるように前記移動手段（１２）を制御することを特
   徴とする外径測定装置。