JPS5812524B2 - オウキヨクメンノキヨクリツハンケイソクテイホウホウ オヨビ ソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、比較的高精度に仕上げられた凹曲面の曲率
半径を測定する方法および装置に関するものである。

従来、この種の凹曲面を精密に測定するには適当な方法
や装置がなく、例えば凹球面の測定においては仕上り寸
法と近似の複数個の鋼球とのブルー当りによって判定し
たり、研究室的には真円度測定器を利用して測定を行っ
ていたが、前者では正確な寸法値の把握が困難であり、
後者では精密測定は可能であるが、極めて非能率的であ
るなど、種々の欠点があった。

この発明は上記のような欠点を除去するためになされた
もので、基本的には空気マイクロメータの原理と空気軸
受の原理を用い、被測定物を測定子の中心軸線に垂直な
水平面内で自由に移動可能な状態に保持し、被測定物の
凹曲面に対してその曲率半径よりもわずかに小さい半径
の球状ヘツドをもち、この球状ヘッドに複数個の空気孔
を前記中心軸線に対して対称位置あるいは中心軸線を中
心とする円周上等間隔となるように設けた測定子を、被
測定物の凹曲面にゆっくりと挿入することにより、測定
子の空気孔より発生する噴出圧力により移動自在な状態
におかれた被測定物の凹曲面は自動求心される方向に移
動し、さらに測定子を前記凹曲面に数１０ミクロン以内
に近接させることにより、測定子の空気孔と凹曲面間に
発生した空気ベアリングの原理による圧力によって、被
測定物はその凹曲面の中心点を通る鉛直線（以下これを
中心線と云う）が測定子の中心軸線と合致した状態に自
動求心される。

この状態において測定子の先端を凹曲面の底に接触させ
、測定子の空気孔より噴出する圧縮空気の空気圧または
空気量の？化によって、被測定物の凹曲面の曲率半径を
測定する方法およびこの方法に基づく装置を提案するも
のである 次にこの発明の測定原理につき第１図、第２図を参照し
ながら凹球面の場合について説明する。

１１はほぼ半球状に仕上げられた被測定凹球面、２１は
被測定凹球面半径より僅かに小さい半径をもった測定子
の測定ヘッドを形成する凸球面、０は凹球面１１の球心
、Ｏｏは凸球面２１の球心である。

上記の被測定凹球面１１と測定ヘッドとしての凸球面２
１との徴小半径差を△Ｒとすると、凸球面２１の中心Ｏ
。

を通り球の中心軸線Ａ−Ａと角度θをなす線が両球面と
交る２点間の距離すなわちその位置における両球面間の
隙間δと微小半径差△Ｒとの間には、近似的に△Ｒ二δ
／（１−ｃｏｓθ）なる関係がある。

従って上記の隙間δを測定すれば、微小半径差△Ｒが求
まり、凸球面２１の球面半径が既知であれば、被測定凹
球面１１の半径を知ることができる。

もしこの場合に１ ７ （ １− ｃｏｓθ）が整数に
なるような角度θ（例えばθ−６０°とすれば△Ｒ中２
δ）を選べば、測定値の処理が簡単になる。

この発明においては、前記の隙間δを空気式コンパレー
タを用いて測定しようとするもので、第２図に示すよう
に前記凸球面２１として被測定凹球面１１より僅かに小
さい球面を有する鋼球を使用し、この鋼球には、その球
心を通り、鋼球の鉛直な中心軸線に対し角度θをなす空
気孔３を前記中心軸線に対し対称位置あるいは前記中心
軸線を中心とする円周上等間隔となるように形成させ、
凸球面２１の表面における空気孔３と被測定凹球面２１
間の隙間を測定するものである。

しかしながらここで測定される隙間の値は第１図におけ
る幾可学的な隙間とは異なるため、たとえ測定ヘッドと
しての凸球面２１の半径が既知であっても、この測定値
からは直接被測定凹球面１１の球面半径を求めることは
できない。

そこで最初に被測定凹球面１１の半径と近似でかつ既知
の球面半径を有するマスク凹球面（その半径は別の測定
方法によって精密に測定しておく）について測定し、こ
のときの隙間の測定値をδ１ とする。

次に被測定凹球面について隙間の測定を行い、そのとき
の測定値をδ２とすると、被測定凹球面１１とマスク凹
球面との微小半径差△Ｒと（δ２−δ１）の間には、前
述と同じく△Ｒキ（δ２−δ１）／（１−ＣＯＳθ）な
る関係が成立するから、これによって求めた△Ｒとマス
ク凹球面の球面半径の値とから被測定凹球面１１の球面
半径を知ることができる。

次にこの発明の一実施例である凹球面の測定装置を主と
して第３図、第４図によって説明する。

１は被測定凹球面１１をもった被測定物、２は鋼球製測
定ヘッド２１には空気孔３が穿設されている。

４は測定子２を取付ける保持具、４１は測定子２を固定
するための止めねじで、保持具４は測定装置本体１０に
取付けられたコラム５に対してスライドベアリング５１
，５２を介して鉛直方向に摺動出来るように設けられて
おり、常時は、コラム５に支点を有するレバー６、コラ
ム５とレバー６間に設けられた引張ばね６１によって保
持具４に取付けられたアーム６２を介して上方に保持さ
れている。

７は測定装置本体１０に測定子２の下方に設けられた載
物台で、被測定物１は補助台８を介して載物台７に載置
される。

５３は必要に応じて保持具４に付加して、測定子２を被
測定物１に対して安定した状態に保たせる重錘である。

上記の鋼球製測定ヘッド２１の半径は、被測定凹球面１
１の半径よりわずかに小さく、穿設される複数個の空気
孔３は、鉛直な中心軸線に対して対称位置あるいは中心
軸線を中心とする円周上において、等間隔とすると共に
測定子２の空気供給孔２２に連通させ中心軸線に対する
角度θ（第２図参照）を適当に選ぶ。

この空気供給孔２２に通ずるように保持具４には空気供
給用の長孔４２が設けられ、パイブ４３を介して図示を
省略した空気源より圧縮空気の供給ができるように構成
されている。

また保持具４に取付けられたアーム６２にはコラム５に
設けられた案内棒５４が嵌合し、保持具４の回転を阻止
している。

この保持具４に取付けられた測定子２の下方には前記の
ように載物台７が設けられ、この載物台７上には補助台
８が測定子２の中心軸線と垂直に交る水平面内において
、任意の方向に自由に移動できるように、載物台７は空
気軸受を形成している。

７１は図示を省略した空気源より圧縮空気が供給される
空気室７２は空気室７１に連通するノズルで、このノズ
ル７２は補助台８や被測定物１の自重、供給する空気圧
等によってその数や寸法がきめられる。

第３図、第４図においては、すでに被測定物１が補助台
８上に載置された状態が示されているが、この状態で測
定子２に圧縮空気を供給しながらレバー６を手で想像線
で示された位置から静かに押し下げられると、保持具４
を上方に押し上げている力は除かれるので、保持具４は
自重によってスライドベアリングを介してゆっくり下降
し、保持具４の下方に設けられた測定子２の測定ヘッド
２１は被測定物１の凹球面１１内に入るが、測定ヘッド
２１には前記のように空気孔３が設けられているので被
測定凹球面１１と測定ヘッド２１の球面との隙間は、左
右対称の楔力が作用し、載物台７に支承された補助台８
上の被測定物１は、前後左右に自由に滑動しながら、測
定ヘッド２１の中心軸線に対して容易に求心される。

そして測定ヘッド２１は自重および保持具４の重量をも
併せて、被測定凹球面１１の底部に安定した状態で停止
するので第１図および第２図で説明したような位置関係
となって正確な測定が行われる。

即ち測定ヘッド２１の空気孔３より噴出する空気量の変
化、あるいは空気流路内の圧力変化は測定指示器に伝達
され、凹球面と測定ヘッドの隙間が測定出来る。

以上の測定を最初球面半径既知の凹球面について行い、
次に未知の凹球面について測定すれば、ＣＯＳθ は予
め測定ヘッドにより定まっているので、△Ｒキ（δ２−
δ１１／（１−ｃｓθ）の式により△Ｒを計算でき、凹
球面の半径が求まる。

次に示す第２の実施例（第５図、第６図参照）において
は、載物台７は上下機構９によって鉛直方向に移動する
ように構成され、測定子２側には測定子２とコラム５と
の間に圧縮ばね６３が挿入されて測定子２には下方に予
圧がかかった状態となり、測定時の安定をはかつている
。

また測定子２や保持具４における空気孔や空気供給孔等
の空気流路の図示をこの第５図においては省略したが、
測定子２や保持具４は第１の実施例と同様に空気の流路
が形成されている。

戴物台７には補助台８を介して被測定物１が載置され、
上下機構９によって鉛直方向に移動させられる。

７３は載物台７に設けられた円柱部でコラム５にスライ
ドベアリング９Ｌ、 ９２を介して摺動自在に取付けら
れて１おり、この円柱部７３の下端には、空気シリンダ
９３のピストン９４が係合している。

９５，９６はピストン９４の上昇、下降を司る空気源に
連通するパイプの接手である。

第６図には測定や各部材の駆動に使用される空気源の各
機構を結ぶ空気の流路が概略的に示されている。

この実施例においては、測定指示部は空気圧の変化を測
定する背圧方式をとり、Ｒはレギュレータ、Ｆはフィル
タ、Ｐは空気ポンプ、■は切換バルブ，ＡＥは空気一電
気変換器を示している。

この装置において、補助台８に被測定物１を載置したら
、シリンダ９３の上昇用の接手９５側に圧縮空気を供給
し、ピストン９４を上昇させる。

ピストン９４の上昇に伴い載物台７も上昇し、被測定物
１が測定子２の測定ヘッド２１に接するまで上昇する。

測定ヘッド２１に接触直前の被測定物１は測定ヘッド２
１から噴出する圧縮空気によって補助台８と共に水平方
向に自由に移動しながら測定ヘツド２１に対する自動求
心が行われる。

この自動求心完了後被測定物１は測定ヘッド２１に完全
に接触して測定状態となり、空気一電気変換器により、
空気圧は電圧に変換され、被測定物１と測定ヘッド２１
の隙間を電圧として読みとることができる。

測定終了後はシリンダ９３の下降用の接手９６側より圧
縮空気を送入しピストン９４を下降させれば載物台７は
自重によって補助台８、被測定物１と共に下降する。

この発明の測定方法あるいは装置によれば、被測定物は
自動的に求心され、安定した状態となるので、正確な測
定が可能であると共に測定に熟練を必要としない。

また上記の自動求心は極めて短時間になされるので、測
定に要する時間は短縮され、能率的な測定が可能となる
。

さらに被測定物に対して底部以外は無接触で測定が行わ
れるので、被測定物の測定跡を残す心配も少く、被測定
物の平面度や補助台の上下面における平行度が測定に影
響することもない等の有用な特長をもっている

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の測定原理を説明するた
めの縦断面図、第３図ないし第６図はこの発明の実施例
を示し、第３図は第１の実施例を示す装置の正面図、第
４図は同じくその一部縦断側面図、第５図は第２の実施
例を示す装置の一部縦断側面図、第６図は第５図に示す
装置の空気の供給系統を示す概略図である。 符号の説明 １は被測定物、２は測定子、２１は測定ヘ
ッド、３は空気孔、４は保持具、５はコラム、６はレバ
ー、７は載物台、８は補助台、９は上下機構、１０は測
定装置本体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 断曲が円弧状の凹曲面を有する被測定物の円弧部分
   の曲率半径測定方法において、被測定物を測定子の中心
   軸線に垂直な水平面内で自由に移動可能な状態で保持し
   、被測定物の凹曲面に対してその曲率半径よりもわずか
   に小さい半径の球で、その球面に複数個の空気孔を前記
   中心軸線に対して対称位置あるいはこの中心軸線を中心
   とする円周上等間隔となるように配した測定子を、前記
   凹曲面の底に垂直に近付けて、空気孔よりの圧縮空気の
   噴出圧力によって被測定物を自動求心させ、測定子の先
   端を凹曲面の底に接触させて、前記測定子の空気孔より
   噴出する圧縮空気の空気圧または空気量の変化により被
   測定物の曲率半径を測定する方法。 ２ 断面が円弧状の凹曲面を有する被測定物の円弧部分
   の曲率半径の測定装置において、測定装置本体に設けら
   れ、圧縮空気源と連通する空気供給用の長孔を有する測
   定子保持部と、測定子保持部の下方に取付けられ被測定
   曲面の曲率半径よりわずかに小さな半径の球状ヘツドを
   下端に有しこの球状ヘッドに複数個の空気孔を空気供給
   孔を介して前記長孔に連通しかつ球状ヘッドの中心軸線
   に対して対称位置あるいは中心軸線を中心とする円周上
   等間隔となるように設けた測定子と、前記測定子の下方
   に設けられ測定子の中心軸線に垂直な水平面内において
   被測定物が任意の方向に移動可能となる載物台と、前記
   測定子保持部、前記載物台のいずれか一方または両者を
   鉛直方向に移動する機構とを備え、測定時には被測定物
   が測定子に対して自動求心されることを特徴とする曲率
   半径測定装置。