JPS644123B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学的測定装置に関し、特に、被加工
片に穿孔した深孔の軸心の直角度を測定するのに
使用する装置に関するものである。

ある機械製造工程では、多数の深孔を被加工片
に穿孔しなければならない場合がある。例えば、
原子力蒸気発生器の管板を製造する際には、厚さ
58cm、直径３ｍの鍛造品に直径1.8cmの貫通孔を
10000個穿孔する。これ等の貫通孔の穿孔は数値
制御の水平ガン式ボール盤で使用する長いガンド
リルによつて行う。ドリルは最初、ドリルブツシ
ユで案内されるが、ドリルを送る際に加わる軸力
によつて撓み力が生じるので、ドリルは、材料硬
度の変動及び最初の進入角度等により幾分影響を
受けて、どの方向にもそれてしまう可能性があ
る。このような心ずれに気付かないと、高価な被
加工片を破壊してしまう。

従つて、本発明の目的は、ボール盤が直角でな
い孔の穿孔を始めたらボール盤を停止できるよう
に、被加工片の前面に関する孔の軸心の直角度を
連続測定する装置を提供することである。

この目的から、本発明は、被加工片内にその前
面から内部に延びている孔の前記前面に関する直
角度を測定するものであつて、前記前面に対して
直角に延びるように支持される管状構造体を有す
ると共に、該管状構造体内にその一端近くにおい
て配設されたターゲツト付きの光源を有する管状
のプローブ本体と、前記光源に対峙するように前
記管状構造体の他端近くに配設された直角分検出
器（quadrature detector）と、前記光源を前記
直角分検出器上に焦点合わせするために前記管状
構造体内に中間位置において支持されたレンズと
を備え、前記光源が、前記レンズの光学軸を含む
と共に、前記ターゲツトの心ずれに比例する電気
信号を発生するようになつている前記直角分検出
器の中心を通る線上に通常配設されている、直角
度の光学的測定装置において、前記管状構造体が
拡張コレツトを備えたハウジング内に配設されて
いること、及び、前記管状構造体を前記拡張コレ
ツト内で中心に位置決めすると共に、前記孔との
接触状態に前記拡張コレツトの直径を拡大する位
置決め・拡大手段を備え、前記接触により、内部
に前記光源を有する前記管状構造体を前記孔内で
中心に位置決めし、前記孔が前記前面に対して直
角でない場合に、前面光源に心ずれを生ぜしめる
こと、を特徴とするものである。

この測定装置は、孔の直角度に比例する信号を
発生させることによつて数値制御による穿孔作業
に適応するようになつている。この信号を使つて
機械の諸機能を制御することができるので、既存
技術のように、直角度を定めるのに孔の相対位置
を測定する場合と比較し非常に有利である。ター
ゲツトが入つているプローブ本体の端が横方向に
変位もしくは心ずれしない時には、ターゲツト像
は直角分検出器の中心にあり何ら変位が起きなか
つたことを示す。

本発明は、添付図面に一例としてだけで示した
その好適な実施例に関する以下の説明から一層容
易に明らかとなろう。

図面を参照すると、第１図は本発明による直角
度の光学的測定装置の一実施例の断面図を示すも
のであり、該測定装置のプローブ本体は外側ハウ
ジング１０と内側管状構造体１２とを含んでい
る。プローブ本体の先端には発光ダイオード或は
白熱灯のような周知の光源１４が配設されてお
り、この光源１４が光線を通さない不透明壁１８
にある開口１６からなるターゲツトを通る光束を
出す。この実施例では、ターゲツトである開口１
６に光フアイバーを入れてあるので、開口１６は
一様に照明されターゲツト像として適する。バツ
フル２０が管状構造体１２の内面２２に沿つて設
けられており、該構造体に沿つた光の反射を減じ
る働きをしている。反射は内面２２につや消し黒
色を上塗りするコーテイングによつて更に減じる
ことができる。

光束は、開口１６を通過した後、ターゲツト像
を運んで直角分検出器２６に入射する前に色消し
焦点レンズ２４で焦点合わせされる。直角分検出
器２６は直角分光電池又は光電池列からなり、そ
の表面に当たる光束に応答して電気信号を出す。
この信号が信号処理器２８に伝達されると、該信
号処理器はコネクタ３０を介して出力を出す。こ
の出力は機械の諸機能を制御するのに使用可能で
あり、或は、直角分検出器のゼロ偏差点からのタ
ーゲツト像の偏差を記録する、図示しない、プロ
ツターに接続できる。

この測定装置を直角度の試験をしたい孔に入れ
るとき、圧縮空気をポート３２に吹き込む。この
空気は、外側ハウジング１０と内側管状構造体１
２との間にあるスペースをプローブ本体の長さ方
向に流れ、拡張コレツト３４にあるスリツトから
出る。従つて、この空気によつて、前の穿孔工程
で残つたどんな金属くずもその他の砕片も除去し
うる。

直角度の測定を行うに先立つて、拡張コレツト
３４を拡げて、圧縮空気により清浄した孔の内面
に接触もしくは係合させる。拡張コレツト３４を
一様に拡張するとプローブ本体は孔の中で中心に
位置決めされる。拡張コレツト３４を拡張させる
種々の駆動装置を本発明の範囲内で使用できる。
この実施例では簡単なピストン式駆動装置を使用
している。プローブ本体の先端に向かうピストン
（位置決め・拡大手段）３６の運動によつて、外
側ハウジング１０が内側管状構造体１２に関して
移動する。この移動によつて、拡張コレツト３４
の端が管状構造体１２の端部にある傾斜面（位置
決め・拡大手段）３８に打つかり、拡張コレツト
３４を半径方向に拡張させる。拡張コレツトは測
定中の孔の内面に接触し、プローブ本体の端を中
心に位置決めする。測定すべき孔内への測定装置
の挿入を容易にするため、先端４２には輪４０が
設けられている。

第２図は、二次元の列に配設された光電池４４
からなる二次元列の直角分検出器２６の平面図で
ある。実際には、この二次元列は100×100又は
200×200の光ダイオード列からなる集積回路チツ
プである。円形のターゲツト開口１６に相当する
円形光スポツト４６を直角分検出器２６の中央に
示す。

第３図は第１図の測定装置に使用した拡張コレ
ツト３４の側面図である。測定中の孔を清浄にす
る圧縮空気の逃げを考慮して、拡張コレツトに沿
つてスリツト４４が設けられている。また、これ
等のスリツトは拡張コレツト３４の拡張をも考慮
している。

第４図は本発明による直角分検出器の別の実施
例を示すものである。正方形の形でのターゲツト
像を含む光束は色消し焦点レンズ２４を通過し、
ビームスプリツター４８に入る。そこでターゲツ
ト像は二つの光束に分割されて、１×1024のダイ
オード列のような二つの線形ダイオード列５０，
５２に伝達される。これ等のダイオード列を使用
してＸ軸及びＹ軸に沿つた変位を測定する。

第５Ａ図及び第５Ｂ図はダイオード列５０及び
５２を照射する光束５４（正方形のターゲツト開
口に相当する）を示している。この配列は、第２
図に示した200×200の光ダイオード列よりも解像
度が良く、また、コストも低くすることができ
る。

第６図は、直角分検出器の実施例を示すもの
で、直角分検出器をゼロ感知器として使用してい
る。この実施例では、円形のターゲツト像を含む
光束は焦点合わせレンズ２４を通過してから、鏡
５６で反射され直角分検出器２６に入射する。直
角分検出器２６は、図示しない二つのマイクロモ
ータで駆動される二軸微細位置決めテーブル６０
に装着される。これ等の二つのモータ駆動は、直
角分光電池のような直角分検出器２６で与えられ
る位置フイードバツク感知機能をもつ二つの位置
サーボループによつて、既知技術を使用して行な
われる。サーボループは常時ゼロ時点を探知し、
そして二軸の変位もしくは心ずれは軸位置符号
器、回折格子、或は線形可変差動変圧器のような
線形感知器によつて検出される。

或は、マイクロモータはステツパー電動機でも
よく、その場合には、ステツプパルスの数を計数
することによつて軸に沿つた変位を測定すること
ができる。いずれにしても、テーブル６０の位置
はターゲツトの変位もしくは心ずれに正比例す
る。

本発明の測定装置の作動に際しては、プローブ
本体を軸方向への給送機構をもつガン式ボール盤
に装着し、プローブ本体の光学軸を給送軸に整列
させて、プローブ本体を孔に入れる。単一位置に
ある駆動装置により、プローブ本体の外表面の拡
張コレツトを前方へ押すと、拡張コレツトの直径
が拡大し、ターゲツトが孔の内壁に関して心合わ
せ、即ち中心に位置決めされる。光学軸に関する
ターゲツトの変位もしくは心ずれは直角分検出器
によつて測定する。この操作を孔の長さに沿つた
数個所で繰り返し、整列プロフイールをプロツト
する。

プローブ本体を挿入している間、圧縮空気を清
浄ジエツトの入口に送り込み、拡張コレツトにあ
るスリツトから吹き出させる。これによつて孔の
金属くず及び破片を清掃し、その後から拡張コレ
ツトを作動して、ターゲツトを清浄にされた孔の
内壁に関して心合わせする。

自動化したガン式ボール盤においては、直角度
の光学的測定装置は測定すべき孔の中に同測定装
置を軸方向に給送する給送装置を備えている。同
測定装置を定期的に較正するため、ボール盤装着
テーブルに較正ブロツクを定置しておいてもよ
い。また、測定装置を低コストのプリンタに接続
することによつて自動的なデータロギングが可能
である。データ集積及び警報監視のため測定装置
からの信号をマイクロコンピユータに入力するこ
とができる。

第７図は、本発明に従つて直角度の光学的測定
装置をガン式ボール盤に取り付けるための装着装
置を示している。空気シリンダ６２は測定すべき
孔の中にプローブ本体６４を給送する給送装置で
ある。軸６８は、ドリル組体７０に取り付けられ
て測定装置のケース７２を貫通しており、測定す
べき孔にプローブ本体６４を整列させる装置とな
つている。プローブ本体６４の光学軸は、ドリル
７４の給送軸と平行に±0.0064mmの範囲内まで整
列しており、そして孔のある被加工片のＸ−Ｙ面
即ち前面に対して直角に配置されている。プロー
ブ本体６４とドリル７４との間のＸ軸に沿つた心
違い差は正確に測定され、自動的な直角度測定の
ためボール盤制御器にプログラムすることができ
る。

この装着装置を本発明の範囲内で改変すること
ができる。例えば、モータ駆動のねじ軸をプロー
ブ本体６４の給送装置とすることができ、また、
あり溝付きの滑動体をプローブ本体６４の整列装
置とすることができる。本発明の測定装置は低コ
ストであるから、一台のボール盤に多数のプロー
ブを取り付けて直角度の測定を同時に行うことが
できる。

更に、当業者にとつて明らかなように、直角度
の光学的測定装置の構造を本発明の範囲内で改変
可能である。例えば、テレビジヨンカメラのよう
な市販装置を直角分検出器として使用できる。ま
た、信号処理機能は外部の回路装置に受け持たす
ことができる。従つて、特許請求の範囲は本発明
の範囲内に含まれるこれ等の改変を全て含むもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて構成した直角度の光学
的測定装置の断面図、第２図は第１図の測定装置
に使用する、光電池列からなる直角分検出器の平
面図、第３図は第１図の測定装置における拡張コ
レツトの側面図、第４図は本発明による直角分検
出器の別の実施例を示す図、第５Ａ図及び第５Ｂ
図は第４図の直角分検出器に使用する光電池列の
平面図、第６図は本発明に従つてゼロ感知器とし
て使用される直角分検出器の実施例を示す図、第
７図は本発明に従つて直角度の光学的測定装置を
ガン式ボール盤に取り付ける装着装置を示す図で
ある。 １０……ハウジング、１２……管状構造体、１
４……光源、１６……ターゲツト（開口）、２４
……レンズ、２６……直角分検出器、３４……拡
張コレツト、６４……プローブ本体、３６……位
置決め・拡大手段（ピストン）、３８……位置決
め・拡大手段（傾斜面）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被加工片内にその前面から内部に延びている
   孔の前記前面に関する直角度を測定するものであ
   つて、前記前面に対して直角に延びるように支持
   される管状構造体を有すると共に、該管状構造体
   内にその一端近くにおいて配設されたターゲツト
   付きの光源を有する管状のプローブ本体と、前記
   光源に対峙するように前記管状構造体の他端近く
   に配設された直角分検出器と、前記光源を前記直
   角分検出器上に焦点合わせするために前記管状構
   造体内に中間位置において支持されたレンズとを
   備え、前記光源が、前記レンズの光学軸を含むと
   共に、前記ターゲツトの心ずれに比例する電気信
   号を発生するようになつている前記直角分検出器
   の中心を通る線上に通常配設されている、直角度
   の光学的測定装置において、前記管状構造体が拡
   張コレツトを備えたハウジング内に配設されてい
   ること、及び、前記管状構造体を前記拡張コレツ
   ト内で中心に位置決めすると共に、前記孔との接
   触状態に前記拡張コレツトの直径を拡大する位置
   決め・拡大手段を備え、前記接触により、内部に
   前記光源を有する前記管状構造体を前記孔内で中
   心に位置決めし、前記孔が前記前面に対して直角
   でない場合に、前面光源に心ずれを生ぜしめるこ
   と、を特徴とする直角度の光学的測定装置。