(57)【要約】【課題】外径測定を簡便な演算及び装置により測定することが可能な部品の外径測定装置及び外径測定方法を提供する。【解決手段】第１の方向に延在する本体部１ａと、第１の方向と直交する第２の方向に延在する端部１ｂ、１ｃを本体部１ａの両端にそれぞれ有するアームと１、端部１ｂ、１ｃの端面にそれぞれ設けられ、部品の表面に接触するための球または円筒形状を有する位置決め治具２と、本体部１ａに配置され位置決め治具に表面が接触した部品までの距離を測定するためのゲージ３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品の外径を測定する外径測定装置であって、
第１の方向に延在する本体部と、前記第１の方向と直交する第２の方向に延在する端部を前記本体部の両端にそれぞれ有するアームと、
前記端部の端面にそれぞれ設けられ、前記部品の表面に接触するための球または円筒形状を有する位置決め治具と、
前記本体部に配置され、前記位置決め治具に表面が接触した前記部品までの距離を測定するためのゲージと、
を備えることを特徴とする部品の外径測定装置。
【請求項２】
前記位置決め治具は、前記球又は前記円筒形状における表面からエアーを吹き出すためのノズル口を少なくとも２箇所ずつ有することを特徴とする請求項１記載の部品の外径測定装置。
【請求項３】
前記位置決め治具は、バネ式シリンダの先端にボールが設けられたボールプランジャであることを特徴とする請求項１記載の部品の外径測定装置。
【請求項４】
前記位置決め治具における少なくとも一つには、前記部品の端面に吸着することが可能なマグネット板が設けられていることを特徴とする請求項１記載の部品の外径測定装置。
【請求項５】
前記位置決め治具は前記円筒形状を有し、そのうちの一方には両端に凸状部が設けられ、前記位置決め治具の他方には中央部に凸状部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の部品の外径測定装置。
【請求項６】
前記アームの一方の端部の端面には、球の形状を有する前記位置決め治具が２箇所設けられ、前記アームの他方の端部の端面には、球の形状を有する前記位置決め治具が１箇所設けられていることを特徴とする請求項１記載の部品の外径測定装置。
【請求項７】
前記ゲージは、リニアゲージ又はレーザ変位計であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の部品の外径測定装置。
【請求項８】
前記アームの前記本体部が前記第１の方向に沿って伸縮する機構を有し、前記アームの前記端部がそれぞれ前記第２の方向に沿って伸縮する機構を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の部品の外径測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一に記載の外径測定装置を用いて、部品の外径を測定する外径測定方法であって、
前記ゲージを用いて、所定位置から前記ゲージまでの距離を零とするようにリセットを行う工程と、
前記部品の表面上に、前記アームの前記端部に設けられた前記位置決め治具をそれぞれ接触させる工程と、
前記リニアゲージにより、前記部品の外径を求めるために必要な前記所定位置から前記部品の表面までの距離を示すデータを取得する工程と、
を備えることを特徴とする部品の外径測定方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の外径測定装置を用いて、部品の外径を測定する外径測定方法であって、
前記部品の表面上に、前記アームの両端に設けられた前記位置決め治具をそれぞれ接触させる工程において、前記位置決め治具のそれぞれの前記ノズル口からエアーが吹き出されるときの圧力差が所定値以下になるようにすることで、前記アームの前記本体部が延在する前記第１の方向に平行な軸線と前記部品の回転軸に平行な軸線との角度が垂直となるように回転調整することを特徴とする請求項９に記載の部品の外径測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、部品、特に大径軸物部品の外径測定装置及び外径測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外径を測定する際に、小径軸物部品の場合には市販されている測定装置を用いて円弧の一部を測定することで、容易に求めることが可能である。
【０００３】
また、後述する特許文献１には、円筒形状物体の寸法測定装置が開示されている。この装置は、３つの接触式距離計と、これら接触式距離計のそれぞれを保持する保持手段と、この保持手段を移動させて接触式距離計のそれぞれの接触子を円筒形状物体の外表面に当接させる移動手段を備えたものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４５２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、通常市販されている寸法測定器を用いた場合、正確に位置決めする機構を備えていないため測定精度が低いという問題があった。このため、蒸気タービンロータ軸や発電機用シャフト等の精密加工された大径軸物部品の外径測定には市販の寸法測定器は不適当であった。
【０００６】
特許文献１に記載された寸法測定装置では、少なくとも３つ以上の測定子を必要とし、各測定子で測定する円筒形状物体の外表面までの距離データと相対位置データから、円筒形状物体の外表面の位置データを求めることにより外径を演算するものであり、測定データが複数存在し計算の複雑化を招いていた。
【０００７】
また、この装置を大型旋盤等における荒加工後の追い込み量を確認するための計測、仕上げ加工後の寸法確認のための計測等に用いる場合、接触式距離計の駆動機構、演算計算用マイクロコンピュータ等の装置が必要になり、接触式距離計を測定対象物の上方に設置しなければならず機械加工を行う際に障害となっていた。
【０００８】
さらに、接触式距離計とそれを保持する保持具が別体であるため、接触式距離計の測定対象物の軸方向及びその垂直方向の位置決めが難しく、精度よく測定することが困難であった。また、軸方向及びその垂直方向の位置を維持するためのメンテナンスも困難であった。
【０００９】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、部品の外径測定を簡便な演算及び装置により高精度で測定することが可能な部品の外径測定装置及び外径測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施形態によれば、第１の方向に延在する本体部と、前記第１の方向と直交する第２の方向に延在する端部を前記本体部の両端にそれぞれ有するアームと、前記端部の端面にそれぞれ設けられ、前記部品の表面に接触するための球または円筒形状を有する位置決め治具と、前記本体部に配置され、前記位置決め治具に表面が接触した前記部品までの距離を測定するためのゲージとを備えることを特徴とする部品の外径測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による外径測定装置の構成を示す正面図。
【図２】同実施の形態１による外径測定方法において用いる変数を示す説明図。
【図３】本発明の実施の形態２による外径測定装置の位置決め治具の構成を示す正面図及び縦断面図。
【図４】本発明の実施の形態３による外径測定装置の位置決め治具の構成を示す縦断面図。
【図５】本発明の実施の形態４による外径測定装置の構成を示す斜視図。
【図６】本発明の実施の形態５による外径測定装置の位置決め治具の構成を示す斜視図。
【図７】同実施の形態５による外径測定装置を大径軸物部品の表面上に設置する際の手順を説明するための説明図。
【図８】本発明の実施の形態６による外径測定装置の構成を示す斜視図。
【図９】本発明の実施の形態８による外径測定装置の構成を示す正面図。
【図１０】同実施の形態８による外径測定装置の構成を部分的に拡大して示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
（１）実施の形態１
本発明の実施の形態１による外径測定装置並びにこの装置を用いた外径測定方法について、図１を用いて説明する。
【００１４】
この外径測定装置は、第１の方向に延在する本体部１ａと、第１の方向に直交する第２の方向に延在する端部１ａ、１ｂとを有するコの字型形状のアーム１の両端に、球形または円筒形の位置決め治具２を有し、中央部にはリニアゲージ３を有している。アーム１の本体部１ａには、この外径測定装置をクランプするための取っ手４が設けられている。
【００１５】
先ず、外径測定装置の取っ手４を用いて、例えば大型旋盤加工機の刃物台等の可動部に外径測定装置を設置し、精密に加工され水平面が高精度で確保された基準プレート５の表面上に位置決め治具２が接触した状態で固定する。
【００１６】
高さ寸法が高精度で確保されたブロックゲージ６を基準プレート５の表面上に設置し、リニアゲージ３の接触子の先端をブロックゲージ６の表面に接触させる。この状態で、リニアゲージ３の読み取り値を零にリセットさせる。リニアゲージ３のリセット作業を終了した後、基準プレート５を撤去する。
【００１７】
この外径測定装置の両端の位置決め治具２に対し、大径軸物部品８の表面を垂直な方向に押し当てる。この状態で、リニアゲージ３の数値を読み取る。
【００１８】
リニアゲージ３の読み取り値を用いて、測定した大径軸物部品８の外径を求めるための計算方法について、図２を用いて説明する。
【００１９】
アーム１の両端に設けられた位置決め治具２の相互間距離をＬ、リニアゲージの読み取り値をＡ、リニアゲージのリセットに用いたブロックゲージ６の高さをＧ、球形または円筒形の位置決め治具２の半径をＲとし、求める大径軸物部品８の半径をＸとすると、以下の（１）式が成り立つ。
（Ｘ＋Ｒ）２＝（Ｌ／２）２＋（Ｘ−（Ａ＋Ｇ−Ｒ））２          （１）
式（１）をＸについて解くと、（２）式のようである。
Ｘ＝（Ｌ２／８）＊（Ａ＋Ｇ）＋（（Ａ＋Ｇ）−２Ｒ）／２      （２）
この（２）式から、大径軸物部品８の半径Ｘを求めることができる。
【００２０】
以上のように本実施の形態１によれば、簡易な構成を有する外径測定装置を用いて測定を行い、簡易な計算を行うことにより、外径寸法を容易にかつ高精度で求めることが可能である。
【００２１】
（２）実施の形態２
本発明の実施の形態２による外径測定装置について図３を用いて説明する。
【００２２】
本実施の形態２による外径測定装置は、上記実施の形態１の外径測定装置における位置決め治具２が、図３（ａ）、及び図３（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う縦断面図である図３（ｂ）に示されたように、エアーを吹き出すノズル口７を両端の２箇所に有する円筒形状の位置決め治具２ａである点に特徴がある。ここで、ノズル口７に供給するエアーは図示されていないエアーコンプレッサにより生成される。
【００２３】
このような位置決め治具２ａを用いて外径測定装置を大径軸物部品８の表面に接する際に、位置決め治具２ａの合計４ヶ所のノズル口７から吹き出すエアーの圧力を圧力計を用いて測定する。そして、４箇所のノズル口７の圧力差が所定値以下になるように外径測定装置を大径軸物部品８の回転軸に対して垂直な方向に回転制御する。このように、４箇所における圧力差が均等になるように外径測定装置を回転軸に垂直方向に正確に設置することができるため、大径軸物部品８の外径寸法を高精度で測定することが可能となる。
【００２４】
（３）実施の形態３
本発明の実施の形態３による外径測定装置について図４を用いて説明する。
【００２５】
本実施の形態３による外径測定装置は、位置決め治具２ｂとして、図４（ａ）に示されたようなバネ式シリンダを有するボールプランジャを用いる点に特徴がある。
【００２６】
この位置決め治具２ｂは、通常のボールプランジャと同様にシリンダ形状を有し、外周面に固定用のネジ１４が設けられ、外径測定装置に固定する側の端部に回転用の六角穴１３が設けられ、大径軸物部品８に接する他方の端部にボール１１が設けられている。このボール１１はバネ１２により保持されており、圧力が加えられていない状態では、図４（ａ）に示されたようにボール１１が先端部から突き出した状態になり、図４（ｂ）に示された矢印の方向に圧力が加えられるとシリンダ内部に収納された状態となる。
【００２７】
このようなボールプランジャを位置決め治具２ｂとして用いることにより、外径測定装置を大径軸物部品８の回転軸に垂直な方向に正確に設置することができ、外径寸法を高い精度で測定することができる。本実施の形態３によれば、上記実施の形態２における位置決め治具２と異なりエアーを供給する装置が不要であるため、より簡便な構造で容易に測定することができる。
【００２８】
（４）実施の形態４
本発明の実施の形態４による外径測定装置について、図５を参照して説明する。
【００２９】
本実施の形態４による外径測定装置は、図５に示されたような構成を有する。位置決め治具２ｃ１、２ｃ２が円柱状の形状を有し、さらにそのうちの一方の位置決め治具２ｃ１にはマグネット板２１が設けられている。このマグネット板２１を大径軸物部品８の端面に当接し磁力で吸着させることで粗位置決めを行い、もう１つの位置決め治具２ｃ２によってより精密に位置決めを行う。このように、２段階で位置決め作業を行うことで、大径軸物部品８の回転軸であるＡ軸と、外径測定装置のアーム１の本体部１ａの長手方向のＢ軸とが正確に直交するように、大径軸物部品８の表面上に外径測定装置を設定することができ、高精度で測定を行うことができる。
【００３０】
（５）実施の形態５
本発明の実施の形態５による外径測定装置について、図６を参照して説明する。
【００３１】
本実施の形態５による外径測定装置は、位置決め治具が図６に示された形状を有する。一方の位置決め治具２ｄ１は、円柱状の形状における中央部分に切り欠きを行うことで両端に凸部３１、３２を有する。他方の位置決め治具２ｄ２は、円柱状の形状における両端を切り欠くことで中央部分に凸部３３を有する。
【００３２】
このような位置決め治具２ｄ１、２ｄ２を用いることで、外径測定装置を大径軸物部品８の表面上に三点支持で設置することができる。図７に示されたように、大径軸物部品８の表面上において、回転軸のＡ軸と垂直に外径測定装置のアーム１の本体部１ａの長手方向のＢ軸を設置する。位置決め軸２ｄ２の凸部３３を任意の位置３４に設置した後、他の位置決め軸２ｄ１の凸部３１、３２を設置するが、Ａ軸とＢ軸とが直交する位置からそれぞれ角度θ１、θ２のようにずれる可能性がある。
【００３３】
しかし、Ａ軸とＢ軸とが正確に直交せずにずれがあった場合には、３つの凸部３１〜３３のうちのいずれかが表面に接触せずに浮いた状態になる。よって、全ての凸部３１〜３３が接触するように設置することで、大径軸物部品８の回転軸Ａ軸と外径測定装置のアーム１の本体部１ａの長手方向のＢ軸とが正確に直交するように設置することができる。
【００３４】
（６）実施の形態６
本発明の実施の形態６による外径測定装置について、図８を参照して説明する。
【００３５】
アーム１における一方の端部１ｂには２つの球状の位置決め治具２ｅ１、２ｅ２が設けられ、他方の端部１ｃには１つの球状の位置決め治具２ｅ３が設けられている。ここで、球状の位置決め治具２ｅ１〜２ｅ３は、アーム１に対してそれぞれ回転可能に設けられているものとする。
【００３６】
このような３つの位置決め治具２ｅ１、２ｅ２、２ｅ３により、外径測定装置を大径軸物部品８の表面上に三点支持で設置することができる。これにより、大径軸物部品８の回転軸のＡ軸と外径測定装置の長手方向のＢ軸とが正確に直交するように設置することができる。
【００３７】
即ち、上記実施の形態５において図７を用いて説明したように、１点の位置決め治具２ｅ３を任意の位置３４に設置した後、この位置決め治具２ｅ３を回転可能な支点として他の位置決め軸２ｅ１、２ｅ２を設置するが、Ａ軸とＢ軸とが直交する位置から角度θ１、θ２のようにずれる可能性がある。
【００３８】
しかし、Ａ軸とＢ軸とが正確に直交せずにずれがあった場合には、３つの凸部３１〜３３のうちのいずれかが表面に接触せずに浮いた状態になる。よって、全ての凸部３１〜３３が接触するように設置することで、大径軸物部品８の回転軸のＡ軸と外径測定装置のアーム１の本体部１ａの長手方向のＢ軸とが正確に直交するように設置することができる。
【００３９】
また、上記実施の形態５では３点の支持が円柱形状を切り欠いて形成された凸部で行われるため、線接触となる。これに対し本実施の形態６では、３点の支持が球状の位置決め治具で行われるため、点接触となるため、より隙間を生じることなく外径測定装置を正確に設置することができる。
【００４０】
さらに、位置決め治具２ｅ１〜２ｅ３が回転可能であることから、大径軸物部品８の表面上に設置する際にリニアゲージ３の接触子が上下に移動し、読み取り値が変化する。リニアゲージ３から大径軸物部品８の表面までの距離が最小となり、接触子が最上点で読み取り値が最大となった時が、大径軸物部品８の回転軸のＡ軸と外径測定装置の長手方向のＢ軸とが正確に直交した時である。そこで、この読み取り値が最大となった時にその値を保持するリニアゲージ３のピークホールド機能を用いることで、位置決めを正確に行い高い精度で測定することが可能となる。
【００４１】
（７）実施の形態７
本発明の実施の形態７による外径測定装置について説明する。上記実施の形態１〜６では、リニアゲージ３を用いている。本実施の形態７では、上記実施の形態１〜６のそれぞれの構造に加えて、リニアゲージ３の替わりにレーザ光を照射して距離を測定するレーザ変位計等の非接触型距離測定具を用いる点が相違する。これにより、大径軸物部品８に対して非接触で測定することができるため、測定者による大径軸物部品８への測定具の接触子の接触力の相違等がもたらす測定誤差がなく、正確に測定することができる。
【００４２】
（８）実施の形態８
本発明の実施の形態７による外径測定装置について説明する。
【００４３】
本実施の形態７による外径測定装置は、図９に示されたようにアーム１が４分割された構造を備えている。即ち、本体部として本体部１ａ１、１ａ２を有し、端部として端部１ｂ１、１ｂ２、及び端部１ｃ１、１ｃ２を有する。矢印Ｘで示された方向に沿って本体部１ａ１と本体部１ａ２との固定位置が変わることでＸ方向の長さを伸縮することができる。同様に、矢印Ｙで示された方向に沿って端部１ｂ１と端部１ｂ２、端部１ｃ１と端部１ｃ２との固定位置が変わることでＹ方向の長さを伸縮することができる。
【００４４】
伸縮機構の一例として、図１０に示されたように、本体部１ａ１が本体部１ａ２との間で固定するための固定用穴４１を有し、本体部１ａ２が本体部１ａ１と固定するための固定用穴４２を有する。同様に、端部１ｂ１が端部１ｂ２と固定するための固定用穴４３を有し、端部１ｂ２が端部１ｂ１と固定するための固定用穴４４を有する。図示されていない端部１ｃ１と端部１ｃ２との間においても同様にそれぞれ固定用穴を有する。
【００４５】
そして、所望の長さを実現するように相互の固定用穴の位置を合わせた状態で、図示されていないピン等を挿入することで固定する。
【００４６】
本実施の形態７によれば、アーム１における本体部、端部の長さを伸縮可能としたことにより、大径軸物部品８の径に対し広い範囲で外径測定を可能とすることができる。
【００４７】
上述した実施の形態はいずれも一例であって、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲内において様々に変形することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  アーム
１ａ、１ａ１、１ａ２  本体部
１ｂ、１ｂ１、１ｂ２、１ｃ、１ｃ１、１ｃ２  端部
２、２ｂ、２ｄ１、２ｄ２、２ｅ１〜２ｅ３  位置決め治具
３  リニアゲージ
４  取っ手
５  基準プレート
６  ブロックゲージ
７  ノズル口
８  大径軸物部品
２１  マグネット板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011220971.tif 000010
【図９】
2011220971.tif 000011
【図１０】
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