JPH09189502A - 外形寸法測定装置 - 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形寸法測定装置を実現す
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測定部
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
から寸法を算出する制御手段80とを備える外形寸法測定
装置において、被測定物30の予測寸法を記憶する予測寸
法記憶手段94と、予測寸法から接触する直前の切替え距
離を算出する速度切替え距離算出手段95とを備え、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形寸法
を測定する外形寸法測定装置に関し、特に精密測定に使
用される外形寸法測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定物（ワーク）の外形寸法の精密測
定を行う装置としては、測定子をワークの測定部分に接
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寸法を測定
する外形寸法測定装置がある。

【０００３】図４はこのような外形寸法測定装置の構成
を示す図である。この外形寸法測定装置は、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１２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２
０、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１
８のねじ部１８Ａに螺合されている。また、移動部材２
４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】このような外形寸法測定装置では、移動部
材２４、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
て寸法を測定している。図では外径を測定する例を示し
たが、測定子２６と２８を逆方向に向ければ内径も測定
できる。

【０００５】図４に示す外形寸法測定装置では、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２６、２
８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。

【０００６】図４に示された外径測定装置及び特願昭６
３−２１６１０６号に開示された外形寸法測定装置のい
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、基準となる寸
法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
寸法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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような外形寸法
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
ち寸法を測定する。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。

【０００８】上記のように、外形寸法測定装置において
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２
４、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
うな外形寸法測定装置は、従来手動操作により行われて
きた寸法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。

【０００９】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。

【００１０】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、外形寸法測定装置の測定速度を向
上させることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明の外形寸法測定装置は、測定しようとする被
測定物の寸法が予測されるものについては、その予測寸
法に基づいて測定子が確実に接触しない範囲でできるだ
け寸法に近い切替え距離を算出し、切替え距離までは高
速に測定子を移動させ、切替え距離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。

【００１２】すなわち、本発明の外形寸法測定装置は、
ガイドに沿って移動可能な第１及び第２の移動部材と、
第１及び第２の移動部材を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
時の測定子間の距離から被測定物の寸法を算出する制御
手段とを備える外形寸法測定装置において、制御手段
は、測定する被測定物の予測される寸法を記憶する予測
寸法記憶手段と、予測寸法記憶手段に記憶された寸法に
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する速度切替え距離算出手段と
を備え、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。

【００１３】予測寸法記憶手段に記憶される予測される
寸法は、例えば、基準となる寸法を有するマスタピース
の測定結果である。マスタピースの測定は、従来通り
に、移動開始から第１及び第２の測定子がマスタピース
に接触するまで、第１及び第２の移動部材を低速の第２
の速度で移動させて測定する。また、予測寸法記憶手段
に記憶される予測される寸法は、加工データ等に基づい
て外部から設定される値であってもよい。

【００１４】本発明によれば、概略の寸法が分かってい
る被測定物については、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、
且つ測定子を歪ませたり損傷することがなくなる。

【００１５】予測される概略の寸法は、基準となる寸法
を有するマスタピースの測定結果を使用する。通常、ワ
ークの種類を変更する度にマスタピースを測定して基準
合わせを行うので、マスタピースについては従来どおり
測定開始から接触するまで測定子をゆっくり移動させて
測定し、その測定結果を予測される概略の寸法として設
定する。これであれば、最初のマスタピースの測定につ
いては従来同様に測定時間が長いが、それ以後の測定は
ワークの種類が同じである限り、測定速度を向上でき
る。

【００１６】加工データ等からワークの外径が予測され
る場合には、外部からその寸法値を設定するようにして
もよい。

【００１７】

【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。以下、外径を測定する場合を例として説
明する。図１において、参照番号１０は装置本体を、１
２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、３
０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はワークのセットが終了して測定を開始す
るように指示するためのスイッチ及びマスタピースをセ
ットして基準合わせを行うことを指示するためのスイッ
チ等のスイッチ群を、８０は制御部を示す。シャフト１
８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１
２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。

【００１８】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、スイッチ
群７８の状態も、Ｉ／Ｏポート８４を介してマイクロコ
ンピュータで検出できるようになっている。

【００１９】図２は、本実施例の制御部８０における機
能ブロック図である。図２に示すように、本実施例の制
御部８０は、エンコーダ１９のパルス出力をカウントし
て測定子２６と２８の間の相対距離、すなわち外径を算
出する測定子間距離算出部９１と、駆動モータ９２の駆
動を制御する駆動制御部９２と、リードスイッチ７６の
出力が切り換わった時の測定子間距離算出部９１の出力
から寸法を検出する外径検出部９３と、測定しようとす
るワークの予測される寸法を記憶する予測寸法記憶部９
４と、予測される寸法に誤差を見込んで、測定子２６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速度切替距離算出部９
５とを有する。測定子間距離算出部９１と寸法検出部９
３の機能は従来通りである。予測寸法記憶部９４は、ス
イッチ群７８から入力されるマスタピースを測定して基
準合わせを行うことを指示する信号を受けて、マスタピ
ースの測定が終了した時の測定子間距離算出部９１の出
力する寸法値を記憶する。速度切換距離算出部９５は、
予測寸法記憶部９４に記憶された寸法から移動速度を切
り換える寸法、すなわち測定子間の距離を算出する。こ
の切替距離は、ワークに誤差があった場合にも測定子が
ワークの外径に接触しないことが必要であると共に、そ
の範囲内でできるだけ小さいことが望ましい。大きくす
ればその距離までに接触することはないが、測定速度が
遅くなる。駆動制御部は、測定子２６と２８が測定子の
退避位置から速度切替距離までは高速な第１の速度で移
動するように、それ以後は接触するまで低速な第２の速
度で移動するように、駆動モータ１２を制御する。

【００２０】図３は、本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２
２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
とにより寸法を算出している。これにより検出誤差の累
積が防止できる。

【００２１】ステップ１０２では、操作者にワークをマ
スタ合わせを行うように指示し、マスタピースの配置が
終了するまで待機する。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１０
３では、退避位置にいる測定子２６と２８を、低速な第
２の速度で、測定子２６と２８がワーク３０に接触する
方向に移動させる。ステップ１０４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、ステップ１０５で駆動モータ１２を停止し、ス
テップ１０６でその時の寸法を読み取る。

【００２２】ステップ１０７では、外部入力データとし
て入力されるマスタピースの基準寸法に、ステップ１０
６で読み取った寸法が一致するように補正レジスタの値
を書き換える。マスタピースの基準寸法の入力は、図示
していない測定値を表示する表示器の値を見ながら入力
キーを操作してマスタピースの基準寸法を入力し、マス
タセット指示スイッチを操作する等して入力する。

【００２３】ステップ１０８では、マスタピースの基準
寸法から移動速度切替距離を算出して記憶する。測定す
るワークはマスタピースに類似した寸法を有しているの
で、ワークの誤差を考慮して、外径測定の場合であれば
基準寸法に誤差分に更に余裕を見込んだ値を加算して算
出する。ステップ１０９では、測定子２６と２８を退避
させ、ステップ１１０でワークがセットされるまで待機
する。スイッチ群７８によりワークのセットが終了し測
定を開始するように指示されると、ステップ１１１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２８がワーク３０に接触する方向
に移動させる。ステップ１１２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。

【００２４】速度切替え位置まで移動した時には、ステ
ップ１１３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１１
４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
その時の寸法を読み取って出力する。

【００２５】上記の実施例では、マスタピースの測定値
を予測値としたが、マスタピースによるマスタ合わせを
行わない場合でも、同一種類のワークを複数回測定する
場合には、最初のワークの測定では実施例のマスタピー
ス同様に、測定開始から接触まで低速で移動させて測定
し、それ以後はこの測定値を予測値として使用するよう
にしてもよい。

【００２６】また、加工に関する情報からワークの寸法
があらかじめ予測される場合には、その値を入力して予
測値として記憶するようにしてもよい。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６３−２１６１０６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。

【００２７】

【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】実施例の制御部の機能ブロックを示す図であ
る。

【図３】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４】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 ８０…制御部

Claims (3)

【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の移動部材を移動させる移動手段（１
   ２）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）の測定する外形部分に
   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）
   の寸法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、 前記制御手段（８０）は、測定する前記被測定物（３
   ０）の予測される寸法を記憶する予測寸法記憶手段（９
   ４）と、 該予測寸法記憶手段（９４）に記憶された寸法に基づい
   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する
   速度切替え距離算出手段（９５）とを備え、 前記切替え距離までは前記第１及び第２の移動部材（２
   ２、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形寸法測定
   装置。
2. 【請求項２】 前記予測寸法記憶手段（９４）に記憶さ
   れる予測される寸法は、基準となる寸法を有するマスタ
   ピースを、移動開始から前記第１及び第２の測定子（２
   ６、２８）が前記マスタピースに接触するまで、前記第
   １及び第２の移動部材（２２、２４）を前記第２の速度
   で移動させて測定した寸法である請求項１に記載の外形
   寸法測定装置。
3. 【請求項３】 前記予測寸法記憶手段（９４）に記憶さ
   れる予測される寸法は、外部から設定された値である請
   求項１に記載の外形寸法測定装置。