JP2018072175A

JP2018072175A - 外径測定装置及び測定方法

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Publication number: JP2018072175A
Application number: JP2016212528A
Authority: JP
Inventors: 行洋長▲崎▼; Yukihiro Nagasaki; 弘充森; Hiromitsu Mori
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: JP6783116B2

Abstract

【課題】異径の軸部を有するワークであっても、接触型測定子の位置と計測部の目盛を同一直線状に配置することにより、外径測定の精度を維持・向上した外径測定装置を提供する。【解決手段】外径測定装置４００は、一対の測定子３５２を対向させて被測定物２０２（２０３）に接触させ、被測定物の外径を測定する。外径測定装置は、測定子を被測定物に接近もしくは離隔させる手段と、被測定物の接近または離隔に抗する力を発生するばね手段と、測定子に連結され測定子の接近運動または離隔運動を可能にするリニアガイド手段と、このリニアガイド手段の移動側に設けたスケールと、このスケールを検出する固定手段とを備える。アッベの原理を満たすよう、測定子の中心軸をスケールが含んでいる。【選択図】図２

Description

本発明は、回転軸等の軸径の測定装置および測定方法に係り、特に内燃機関等に用いるクランク軸の外径を接触して測定するのに好適な外径測定装置及び測定方法に関する。

内燃機関等に用いられるクランク軸は、コンロッドや軸受が取り付けられるため、高精度の加工が求められ、それに伴い高精度な測定が必要となる。従来、このようなクランク軸の加工中または加工後に種々の方法で、軸径を測定している。例えば、特許文献１においては、簡単な構成で容易に精度よくシャフトの外形形状自体の振れや外径を測定する、シャフトの測定装置が記載されている。具体的には、シャフト測定装置は、シャフトを軸周りに回転可能に保持する保持手段と、シャフトの基準位置における軸振れ量を測定する軸振れ量測定手段と、シャフトの測定位置における基準軸線からの見かけの半径を測定する半径測定手段と、シャフトの軸周りの回転位相を検出する回転位相検出手段を備える。そして、基準位置における軸振れ量から、測定位置における基準軸線と実際の中心軸線とのずれ量を演算し、このずれ量を測定された見かけの半径に加味している。

また、特許文献２においては、繰り返し誤差１μｍ以下で円柱形状体の外径を測定するために、円柱形状体を両端で支持するとともに回転させ、接触式の測定器を軸方向及びその直交方向に移動可能に配置し、測定器の測定子が測定対象の軸方向に直交する方向にストロークするように配置している。特許文献３には、クランク軸を研削加工中に精度よくハブジャーナルを加工するため、加工中に直径測定装置のノギスを研削すべきハブジャーナル上に置いて、研削工程中に直径測定を実施している。

特開２００２−９０１３３号公報（特にその段落００２１〜００２６の記載）特開２０１０−２７１２８０号公報特開平５−２７７９１３号公報（特にその段落００１７の記載）

内燃機関のクランクシャフトの外径計測においては、同形状のものを多数測定するため、自動で異なる部位を計測することが必要となっている。そのため、測定子をワークであるクランクシャフトに接触させて測定する方法においては、多数の外径値に対応できるよう、測定前に測定子部分を一旦退避させて測定器を動かし、その後測定箇所に位置させ、測定子を当該ワークに接触させる。その際、測定精度の維持・向上のために、測定対象物であるクランクシャフトの測定位置と測定装置の目盛を測定方向の同一直線上に配置する、というアッベの原理を満足することが望まれている。

上記特許文献１に記載の測定方法では、ダイヤルゲージをワークに当接させるとともにレーザ光を照射してワークの正確な測定を実施しているが、クランク軸のように、水平に配置した場合に高さまたは横方向の測定位置が同一のワークにおいても異なる場合には、その都度レーザ位置やダイヤルゲージ位置を調整しなければ、上記アッベの原理を満足できず、測定に時間を要するとともに自動測定をしにくい構造となりがちである。

また、特許文献２では、ダイヤルゲージを用いているので測定線上に目盛部の一部があるだけでありアッベの原理は満足されず、また、ダイヤルゲージでは測定精度に限界があり、クランク軸等に求められる精度で自動測定することは、困難である。さらに、特許文献３では、ノギスを用いて研削中に外径測定することが記載されているだけなので、アッベの原理を満足もしておらず、また、測定を自動で行うのか、どの程度の精度を確保するのにどのように計測するのかについては不明である。

ところで、クランク軸の外径測定において、エアシリンダと引っ張りばねを組み合わせて測定部をクランク軸の半径方向に移動可能にし、移動量を長変位センサで計測することも実現されている。この方法においては、クランク軸の異なる外径を自動計測できる利点がある。しかしながらこの方法では、装置の小型化等の要請から、必ずしも測定子が配置される測定部と長変位センサの位置を同軸にすることについては考慮されておらず、上記アッベの原則は満足されていないのが現状である。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、異径の軸部を有するワークであっても、接触型測定子の位置と計測部の目盛を同一直線状に配置することにより、外径測定装置が、外径測定の精度を維持・向上することにある。また上記目的において、自動測定を可能にすることも目的とする。本発明の他の目的は、異径の軸部を有するワークであっても、接触型測定子を用いて、同時に近接２点を測定可能にすることにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、一対の測定子を対向させて被測定物に接触させ、被測定物の外径を測定する外径測定装置において、前記測定子を前記被測定物に接近もしくは離隔させる手段と、前記被測定物の接近または離隔に抗する力を発生するばね手段と、前記測定子に連結され前記測定子の接近運動または離隔運動を可能にするリニアガイド手段と、このリニアガイド手段の移動側に設けたスケールと、このスケールを検出する固定手段とを備え、アッベの原理を満たすよう、前記測定子の中心軸を前記スケールが含んでいることにある。

そしてこの特徴において、前記スケールは前記測定子を挟んで前記被測定物の反対側に配置されており、前記スケールと前記固定手段は光学式リニアスケールを構成し、前記スケールには透過部と反射部とからなるパターンが繰り返して設けられているのがよい。また、前記接近もしくは離隔させる手段は、回転動を直線動に変換し、対称的に形成されたリンク機構であって、円板状または楕円板状のリンク円板と、このリンク円板を回転駆動する駆動手段と、リンク円板に一端が接続され、他端がリンク用リニアガイドに接続されたリンク部材と、前記リンク円板の軸に垂直な方向に変位可能な前記リンク用リニアガイドを備え、前記ばね手段は圧縮ばね手段であってもよく、前記接近もしくは離隔させる手段は、空圧シリンダまたは電磁式シリンダであり、前記ばね手段は引っ張りばねであってもよい。さらに、上記いずれかの外径測定装置２個を、上下に回転対称に配置して、前記測定子間の距離を６ｍｍ以下としてもよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、一対の対向する測定子を被測定物に接触させ、被測定物の外径を測定する外径測定方法において、前記測定子を前記被測定物に接近または離隔させる手段とこの接近または離隔させる力に抗する力を発生するばね手段を備え、計測時には前記接近または離隔させる手段を用いて、前記被測定物の中心位置へ接近させ、前記測定子を挟んで前記被測定物と反対側に配置され前記測定子の中心軸を含むスケールを、このスケールに相対的に移動する固定部に設けたセンサで検出して、アッベの原理を満たしながら、前記被測定物の外径を計測することにある。

本発明によれば、異径の軸部を有するワークであっても、測定子を計測スケールと一体化し、しかも測定子の軸上であって背後に配置したので、接触型測定子の位置と計測部の目盛が同一直線上に配置され、アッベの原理を満足させることが可能になり、外径測定装置の外径測定の精度を維持・向上できる。また上記目的において、自動測定も可能である。さらに、２個の測定子の案内部を互いに上下方向に配置したので、異径の軸部を有するワークの近接２点を、接触型測定子を用いて、同時に測定できる。

本発明に係るクランク軸の軸径測定装置の一実施例の概略斜視図である。図１に示した軸径測定装置のＡ部の正面図である。図２に示した軸径測定装置の主要部の拡大図であり、同図（ａ）は縦断面図、（ｂ）は正面図である。図１に示した軸径測定装置の動作のフローチャートである。図３に示した軸径測定装置を複数配置した場合の変形例の図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は正面図である。図３に示した軸径測定装置の他の変形例を示す正面図である。

以下、本発明に係る外径測定装置の詳細を、図面を用いて説明する。以下の説明においては、外径測定装置４００として、内燃機関に用いられるクランク軸２１０の外径を測定する装置１００に取り付けているが、外径測定装置４００はクランク軸２１０の外径の測定に限らず、段付き軸、または単一径軸等を測定するものであってもよいことは言うまでもない。ただし、本外径測定装置４００は自動測定が可能であるので、大量生産品であれば省力化等の面から特に好適である。

図１は、本発明に係るクランク軸の外径測定装置１００の斜視図である。クランク軸２１０は、クランク軸２１０の中心軸線を含み、両端部及び中間部に位置する中心軸部２０２と、中心軸部２０２の中心軸線に平行な軸線を持ち、中心軸部２０２から変位した複数のクランク軸部２０３と、クランク軸部の両側に位置し、外形が周方向に変化しているカウンタウェイト部２０４（この図１では形状を、簡略化している）とを有する。クランク軸２１０の一端部は、クランク軸回転支持部２２０により回転可能に支持されているとともに、クランク軸２１０を回動するサーボモータ等からなるクランク軸駆動部２４０が設けられている。クランク軸２１０の反対側端面には穴が形成されており、この穴に先端テーパ状のセンタ２３５が係止する。センタ２３５の近傍であってクランク軸２１０側には、ケレ２３１が設けられており、ケレ２３１の穴にクランク軸２１０が貫挿される。ケレ２３１にはハサミ型または単一棒状の突出部があり、この突出部にピン２３３を係止する。ピン２３３とセンタ２３５はベース１０に固定されたクランク軸支持部２２２の前後機構２３２に取り付けられている。前後機構２３２はクランク軸２１０の軸方向に、クランク軸支持部２２２上を移動可能になっている。クランク軸２１０と同軸に、またはクランク軸２１０と中心軸線が平行であるように、円板状のマスタ２３０が設けられている。なお、クランク軸回転支持部２２０も、このセンタ支持構造でもよい。

ベース１０には、クランク軸回転支持部２２０で支持されるクランク軸２１０の中心軸線と平行に、リニアガイドが配置されている。リニアガイドは、間隔を置いた２本の平行なガイドレール３３１と、このガイドレール３３１の外側側面に摩擦抵抗が少なく係合するスライダ３３５とから構成される。ガイドレール３３１上をスライダ３３５が走行する方向は、Ｚ方向である。２本のガイドレール３３１のほぼ中央部に、ガイドレール３３１に沿ってボールねじ３４１が配置されている。ボールねじ３４１の両端部は、ボールねじ支持部３３３、３３７により回動可能に支持されている。ボールねじ３４１の一方の端部にはこのボールねじ３４１を回転駆動するボールねじ駆動モータ３４０が配設されている。スライダ３３５の下面には、ボールねじ３４１に係合するナット３３６が取り付けられている。ガイドレール３３１およびスライダ３３５を有するリニアガイドとボールねじ３４１、ナット３３６は、Ｚ方向直動部３３０を形成する。Ｚ方向直動部３３０は、クランク軸２１０の軸長にマスタ２３０を含むマスタ部の軸長を加えた長さよりも、十分長い長さに設定されている。

Ｚ方向直動部３３０のスライダ３３５の上面には、ガイドレール３３１に平行な面を持つ、支持部材３１３が立設されている。支持部材３１３の一方の面には、Ｙ方向リニアガイドを構成する２本のガイドレール３１１が、間隔を置いてほぼ垂直に取り付けられている。ガイドレール３１１の外側側面に、これもＹ方向リニアガイドを構成するスライダ３１２が係合している。２本のガイドレール３１１のほぼ中央部にはガイドレール３１１に平行にボールねじ３２２が配設されている。ボールねじ３２２の両端部は、ボールねじ支持部３２５で回動可能に支持されており、上端側はさらにこのボールねじ３２２を回転駆動するボールねじ駆動モータ３２１に接続されている。スライダ３１２の背面側、すなわち支持部材３１３側には、ボールねじ３２２に係合するナット３２３が取り付けられている。スライダ３１２およびガイドレール３１１を有するリニアガイドとボールねじ３２２は、Ｙ方向直動部３１０を構成する。なおＹ方向直動部３１０は、後述するクランク軸２１０のカウンタウェイト部２０４の回動との干渉を避けるのに十分な高さまで測定子を退避できる高さに設定されている。

Ｙ方向直動部３１０のスライダ３１２の上面、すなわち支持部材３１３とは反対面には、横アーム３５５がクランク軸２１０に直交する方向である横方向（Ｘ方向）に、クランク軸２１０が配設された位置よりも延びて設けられている。横アーム３５５の内部には、詳細を後述するリンク保持部３５３が含まれる。横アーム３５５の下側には、一対の対称に形成されたリニアガイド保持部材３５１が、横アーム３５５の延びる方向に移動可能に設けられている。リニアガイド保持部材３５１からは測定子３５２が、互いに対向するように突き出ている。リニアガイド保持部材３５１は横アーム部３５０を構成する。

図１において、一点鎖線丸印Ａで囲んだ部分の詳細を、図２、図３を用いて説明する。図２は、一部が横アーム３５５内に含まれる外径測定装置４００の正面図である。横アーム３５５の長手方向に延びるリンク保持部３５３が、横アーム３５５の内部であって横アーム３５５の先端近傍に固定されている。リンク保持部３５３の長手方向ほぼ中央部には、円形または楕円形のリンク円板３６１が回転可能に取り付けられている。図２では紙面の背後側に、サーボモータのようなリンク円板駆動モータ（図示せず）が取り付けられており、リンク円板３６１を回転中心Ｏ周りに（Ｒ方向に）回転駆動する。

リンク円板３６１の外周部の点対称位置２か所にリンク結合節３６２が設けられており、それぞれ半径方向外向きに第１のリンク部材３６３の一端側が、リンク結合節３６２周りに回動可能に連結されている。第１のリンク部材３６３の他端側の結合節３６４には、第２のリンク部材を兼ねるリニアガイドのガイドレール３６７が連結されている。リニアガイドのガイドレール３６７には、ブロック３６６が係合し、ガイドレール３６７とブロック３６６の間の低摩擦な相対直線運動を可能にする。なお、ブロック３６６は、リンク保持部３５３に固定されている。

ガイドレール３６７の他端側は、長手方向にリンク保持部３５３を超えて延びており、連結板３６８に固定されている。連結板３６８は上下方向に延びる板であり、上側にガイドレール３６７の固定部が、下側に圧縮ばね３７０の一端が固定される固定部が形成されている。圧縮ばね３７０の他端部は、詳細を後述するリニアガイド４１０の側面に固定されている。

一方、測定部を形成する一対の測定子３５２の互いに対向する先端部には球形状または半球形状の測定ヘッド３８６が取り付けられている。測定子３５２の測定ヘッド３８６が有る側とは反対側端部であって下側には、測定子保持部材４５２が取り付けられており、測定子３５２を固定保持する。測定子保持部材４５２の他端側は、リニアガイド４１０の他方の側面に固定接続されている。

次に、リニアガイド４１０を保持するリニアガイド保持部材３５１の内側、図２では紙面奥側の各部品の配置を、図３により詳細に説明する。図３（ａ）は本実施例による外径測定装置の左側面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

測定子３５２の高さ位置に対応する、リニアガイド保持部材３５１の測定子３５２に対向する側であって、長手方向中間位置には、フォトダイオード等からなる光学検出部であるスケールヘッド４２１が配置されている。スケールヘッド４２１に対向する、測定子３５２の測定ヘッド３８６とは反対側に、リニアガイド保持部材３５１の長手方向に延びるスケール４２２が配置されている。スケール４２２は、等間隔に配置された透過部と反射部を有する光学スケールで、スケールヘッド４２１の光源から放射された光を反射させて、スケールヘッド４２１の受光部に入射させるように構成されている。スケールヘッド４２１とスケール４２２は、光学式のリニアスケールを構成する。

スケール４２２が測定子３５２と一緒に動くよう、スケール４２２はリニアガイド４１０に取り付けられている。より詳しくは、リニアガイド４１０は、リニアガイド保持部材３５１に固定されるブロック４１２と、このブロック４１２の上下方向中間部に、摩擦抵抗少なく、横方向（Ｘ方向）に直線運動可能に係合するガイドレール４１１と、このガイドレール４１１及びブロック４１２を塵埃等から保護するカバー４１３を備える。カバー４１３の上面には、透過部と反射部のパターンが形成されたスケール４２２が取り付けられている。

したがって、先端部に測定ヘッド３８６を有する測定子３５２が横方向（Ｘ方向）に移動すると、ブロック４１２とこのブロック４１２に固定されたカバー４１３及びカバー４１３に固定されたスケール４２２も、測定ヘッド３８６と同じ量だけＸ方向に移動する。ここで、測定ヘッド３８６の中心線の高さ方向位置とスケール４２２の高さ方向位置は同じ高さに設定されており、測定ヘッド３８６の中心線の幅方向（Ｚ方向）位置は、スケール４２２のパターンが形成された内面側位置と同じであるので、測定ヘッド３８６とパターン４２２はアッベの原理を満足する位置に置かれている。

このように構成した本実施例の外径測定装置４００を用いて、クランク軸２１０の外径を測定する方法を、図４に示したフローチャートも用いてさらに詳細に説明する。この図４ではクランク軸２１０の軸方向複数個所を測定する場合を想定している。さらに、同一のクランク軸２１０の異なるクランク軸部２０３について測定することも含んでいる。図４のステップＳ２１０において、測定対象のクランク軸２１０について、初めて各部の外径を測定するか否かを判断する。初めての場合には、ステップＳ２２０に進んで、リニアスケール４２０のチェック及び校正を実行する。そのため、マスタ２３０が設けられている位置Ｚ_Ｍへ外径測定装置４００を移動させる。なお、このマスタ２３０を用いての校正は、必要に応じて行うものであり、他の手段等でリニアスケール４２０の校正が確立しているのであれば省くこともできるし、測定途中のデータに疑義が出た場合には測定中でも実行できる。

ステップＳ２２０において、マスタ位置Ｚ_Ｍに外径測定装置４００を移動させるために、外径測定装置４００がクランク軸２１０に干渉しないよう、十分離れた位置へ外径測定装置４００を、Ｙ方向ボールねじ３２２およびリンク円板３６１を駆動して退避させる。すなわち、外径測定装置４００の一対の測定ヘッド３８６間の距離を、リンク円板３６１を駆動して最大距離Ｘｍａｘにし、Ｙ方向ボールねじ３２２を駆動して、横アーム３５５を最大高さＹｍａｘまで引き上げる。なお、外径測定装置４００の設定位置はこれらの値Ｘｍａｘ、Ｙｍａｘに限るものではなく、クランク軸２１０を回動した時クランク軸２１０の変位範囲から外れてさえいればよい。しかしながら、この退避動作に要する時間が短くて済むこと及び安全性を考慮すると、最大間隔を持つ値Ｘｍａｘ、Ｙｍａｘまで退避させるのが好ましい。外径測定装置４００のＸ方向およびＹ方向位置が定まったので、外径測定装置４００をＺ方向にマスタ位置Ｚ_Ｍまで移動させる。

次に、ステップＳ２３０において、校正を実行する。クランク軸２１０から十分離れた位置にある外径測定装置４００がＺ方向だけ位置決めされたので、次にＸ方向およびＹ方向の位置決めをする。Ｙ方向ボールねじ３２２を駆動して、外径測定装置４００を降下させ、マスタ２３０の中心高さ位置に測定ヘッド３８６の中心位置が位置するように設定する。図２も参照する。ただし、図２の軸部２０２（２０３）は、マスタ２３０に読み替えるものとする。

リンク円板３６１の図示しないリンク円板駆動モータを駆動して、リンク円板３６１を右回り（Ｒ方向）に所定角度だけ回動させると、リンク円板３６１と第１リニアガイド４１０のブロック４１２（図３参照）とカバー４１３（図３参照）も内側に引き込まれ、カバー４１３に接続したスケール４２２も内側に移動する。測定子３５２の測定ヘッド３８６は、カバー４１３と連結する測定子保持部材４５２を介して、内側に引き込まれ、ついにはマスタ２３０に当接する。

なお、この測定ヘッド３８６の当接動作では、マスタ２３０への衝撃的な接触を避けるために、リンク円板３６１の回動速度を所定角度θよりΔθだけ小さな角度に達したら減速させる。Δθは、事前に測定等により求めておく。またリンク円板３６１の回動角度θに応じて圧縮ばね３７０による測定子３５２の予圧が変化するので、この所定回動角度θについても一定負荷となるよう、事前に計測またはシミュレーション等により求めておく。

マスタ２３０に測定ヘッド３８６が当接したので、測定を開始する。その際、測定ヘッド３８６は、圧縮ばね３７０のバネ力により、マスタ２３０の外径の大きさに関わらず、ほぼ一定の予圧を加えられて、マスタ２３０の外周に接触する。測定したマスタ２３０の最大径を、事前に測定してある値と比較することにより、リニアスケール４２０の校正が完了する。

マスタ２３０を用いてのリニアスケール４２０の校正が終了したら、次に実際の測定を実行する。測定点は図示しない制御装置に予めプログラミングされており、そのプログラムに従って自動で実行される。なお、上記校正も自動で実行される。校正の有無にかかわらず、ステップＳ２４０に進む。

ステップＳ２４０では、クランク軸２１０の長手方向であるＺ方向に、校正位置からまたは前回の測定位置から次の測定位置への移動が、新たなクランク軸部２０３を越えるか否かが判断される。新たなクランク軸部２０３を越える場合、そのクランク軸部２０３の軸方向両側には、通常カウンタウェイト部２０４が形成されていること、およびクランク軸部２０３は中心軸部２０２から半径方向に変位していることのため、クランク軸駆動部２４０を用いて、クランク軸２１０を回動する動作が含まれる。

クランク軸２１０の回動中に外径測定装置４００をＺ方向に動かすと、カウンタウェイト部２０４と外径測定装置４００が干渉する恐れがあるので、事前に外径測定装置４００を退避させる。すなわち、ステップＳ２５０において、ワークであるクランク軸２１０を回動させている間に、リンク円板３６１を図２のＲ方向（時計回り）とは逆方向（反時計回り）に回動して、測定ヘッド３８６間の距離をＸｍａｘまで広げ、一方Ｙ方向ボールねじ３２２を駆動して横アーム部３５０、すなわち外径測定装置４００をＹｍａｘまで引き上げる。この状態になったら、外径測定装置４００をＺ方向に測定位置まで移動させる。

これに対して、ステップＳ２６０に示すように、同一のクランク軸部２０３または中心軸部２０２の他の部分を続けて測定する場合には、カウンタウェイト部２０４の回避やクランク軸２１０の回動が必要ないので、ワーク（軸部）２０２、２０３の径よりわずかに広い幅に測定ヘッド３８６のＸ方向は広げ、Ｙ方向はワーク（軸部）２０２、２０３の上端よりわずかに高い位置まで引き上げて、ワーク（軸部）２０２、２０３と測定ヘッド３８６の接触を回避して、他の測定位置へＺ方向ボールねじ３４１を駆動する。

測定位置にＺ方向位置が位置決めされたら、マスタ２３０による校正時の測定と同様に、ステップＳ２７０で測定を実行する。なお、クランク軸２１０の中心軸部２０２とクランク軸部２０３の外径を測定する場合には、外径測定装置４００の高さ位置（Ｙ方向）は異なっている。すなわち、クランク軸部２０３の外径を測定する場合には、クランク軸駆動部２４０を駆動して、クランク軸部２０３をクランク軸２１０の軸心、すなわち中心軸部２０２の中心軸位置よりも高いクランク軸部２０３の中心軸位置に設定したのち外径測定する。一方、クランク軸２１０の中心軸部の場合には、測定位置をクランク軸の軸線と同じ高さに設定したのち、外径測定する。以上の一連の動作は図示しない制御装置で制御され、測定結果も図示しない制御装置に記憶される。測定が終了したら、ステップＳ２８０に進み、他の測定があるか否かを判断する。他の測定があればステップＳ２４０に戻り、以下、ステップＳ２４０〜ステップＳ２８０を繰り返す。

本実施例では、測定ヘッド３８６の背後であって、測定ヘッドの中心軸線を含む面に、測定ヘッド３８６と同一の距離だけ移動するスケール４２２を配置したので、アッベの原理を満足する配置を実現でき、リニアスケールを用いた測定の構成が可能になる。また、一対の測定ヘッド３８６間の距離を、大変位部分はリンク機構で、微小変位部分は圧縮ばね３７０で調整するようにしたので、計測中は常時ほぼ同じ予圧を圧縮ばね３７０が測定ヘッド３８６に加えることができる。その結果、測定ヘッド３８６の測定精度が向上する。

次に上記実施例の変形例を、図５を用いて説明する。本実施例が上記実施例と異なるのは、測定子３５２をＺ方向に近接して２個設けたことにある。測定子３５２を近接させるために、リニアガイド４１０とリニアスケール４２０を上下回転対称に配置している。このようにリニアスケール４２０及びリニアガイド４１０、測定子３５２を配置したので、測定子３５２の測定ヘッド３８６間の軸方向距離を約６ｍｍまで低減できた。

本発明の他の実施例の外径測定装置４０１を、図６を用いて説明する。本実施例が上記実施例と異なるのは、リンク機構を用いずに、測定子駆動シリンダ４６０と引っ張りばね３７３とで測定ヘッド３８６をＸ方向に駆動するようにしたことにある。この測定子駆動シリンダ４６０としては、例えば空圧シリンダや電磁式シリンダを好適に使用することができる。すなわち、リニアガイド４１０のカバー４１３の測定子３５２の取付け側面とは反対側面に、連結板４７２を介して引っ張りばね３７３の一端を取り付け、引っ張りばね３７３の他端（ばね固定端部４７１）をリニアガイド保持部材３５１に取り付ける。連結板４７２を貫通して測定子駆動シリンダ４６０からシリンダ・ヘッド４６２が延びており、その先端部のシリンダ当接部４６１が連結板４７２に当接して、連結板４７２を外側に引くよう構成されている。引っ張りばね３７３はこの測定子駆動シリンダ４６０の引っ張り力に対抗して測定子３５２をワーク側に引き込む方向に力を付勢する。本実施例においても、リニアスケール４２０のスケール４２２が測定ヘッド３８６の中心軸を含む面内に中心軸を含んで構成されているので、アッベの原理を満足する外径測定装置が得られる。

１０…ベース、２０…ワーク部、３０…測定部、１００…クランク軸外径測定装置、２０２…中心軸部、２０３…クランク軸部、２０４…カウンタウェイト部、２１０…クランク軸、２２０…クランク軸回転支持部、２２２…クランク軸支持部、２３０…マスタ、２３１…ケレ、２３２…前後機構、２３３…ピン、２３５…センタ、２４０…クランク軸駆動部、３１０…Ｙ方向直動部、３１１…ガイドレール（Ｙ方向）、３１２…スライダ（Ｙ方向）、３１３…支持部材、３２１…ボールねじ駆動モータ（Ｙ方向）、３２２…ボールねじ（Ｙ方向）、３２３…（ボールねじ用）ナット、３２５…ボールねじ支持部、３３０…Ｚ方向直動部、３３１…ガイドレール（Ｚ方向）、３３３…ボールねじ支持部、３３５…スライダ（Ｚ方向）、３３６…（ボールねじ用）ナット、３３７…ボールねじ支持部、３４０…ボールねじ駆動モータ（Ｚ方向）、３４１…ボールねじ（Ｚ方向）、３５０…横アーム部、３５１…リニアガイド保持部材、３５２…測定子、３５３…リンク保持部、３５５…横アーム、３６１…リンク円板、３６２…（第１の）リンク結合節、３６３…（第１の）リンク部材、３６４…（第２の）結合節、３６６…ブロック、３６７…ガイドレール、３６８…連結板、３７０…圧縮ばね、３７３…引っ張りばね、３８６…測定ヘッド、４００、４０１…外径測定装置、４１０…リニアガイド、４１１…ガイドレール、４１２…ブロック、４１３…カバー（スケール保持部材）、４２０…リニアスケール、４２１…スケールヘッド、４２２…スケール、４５２…測定子保持部材、４６０…測定子駆動シリンダ、４６１…シリンダ当接部、４６２…シリンダ・ヘッド、４７１…ばね固定端部、４７２…連結板、Ｏ…回動中心、Ｒ…回転方向、Ｘmax…最大測定子間距離、Ｙmax…測定子の最高位置、Ｚ_Ｍ…マスタのＺ方向位置

Claims

一対の測定子を対向させて被測定物に接触させ、被測定物の外径を測定する外径測定装置において、
前記測定子を前記被測定物に接近もしくは離隔させる手段と、
前記被測定物の接近または離隔に抗する力を発生するばね手段と、
前記測定子に連結され前記測定子の接近運動または離隔運動を可能にするリニアガイド手段と、
前記リニアガイド手段の移動側に設けたスケールと、
前記スケールを検出する固定手段と、
を備え、
アッベの原理を満たすよう、前記測定子の中心軸を前記スケールが含んでいることを特徴とする外径測定装置。
前記スケールは前記測定子を挟んで前記被測定物の反対側に配置されており、
前記スケールと前記固定手段は光学式リニアスケールを構成し、
前記スケールには透過部と反射部とからなるパターンが繰り返して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の外径測定装置。
前記接近もしくは離隔させる手段は、回転動を直線動に変換し、対称的に形成されたリンク機構であって、
円板状または楕円板状のリンク円板と、
前記リンク円板を回転駆動する駆動手段と、
前記リンク円板に一端が接続され、他端がリンク用リニアガイドに接続されたリンク部材と、
前記リンク円板の軸に垂直な方向に変位可能な前記リンク用リニアガイドと、
を備え、
前記ばね手段は圧縮ばね手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の外径測定装置。
前記接近もしくは離隔させる手段は、空圧シリンダまたは電磁式シリンダであり、前記ばね手段は引っ張りばねであることを特徴とする請求項１または２に記載の外径測定装置。
請求項３または４に記載の外径測定装置２個を、上下に回転対称に配置して、前記測定子間の距離を６ｍｍ以下としたことを特徴とする外径測定装置。
一対の対向する測定子を被測定物に接触させ、被測定物の外径を測定する外径測定方法において、
前記測定子を前記被測定物に接近または離隔させる手段と、
この接近または離隔させる力に抗する力を発生するばね手段と、
を備え、
計測時には前記接近または離隔させる手段を用いて、前記被測定物の中心位置へ接近させ、
前記測定子を挟んで前記被測定物と反対側に配置され前記測定子の中心軸を含むスケールを、該スケールに相対的に移動する固定部に設けたセンサで検出して、アッベの原理を満たしながら、前記被測定物の外径を計測する外径測定方法。