(57)【要約】【課題】ワークに形成された孔の内径、真直度、及び円筒度等を非接触で測定できる安価な測定機を提供すること。【解決手段】ワークＷの孔ＷＡに挿入されたボール１４が自動求心された状態で孔ＷＡの長手方向に移動されたときの、孔ＷＡに噴射された気体の背圧の変化を空／電変換器３０で検出するとともに、ボール１４に設けられた光ファイバ１８からの照射光を受光部２２で受け、照射光量のピーク位置Ａの変化を求めることによって孔ＷＡの内径、真直度、及び円筒度を求めるように構成したので、非接触で安価な孔ＷＡの内径、真直度、及び円筒度を測定する測定装置１０を得ることができる。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに形成された孔を測定する測定装置において、
前記ワークを保持するとともに該ワークに形成された孔に気体を噴射する噴射口を備えた保持台と、
前記ワークに形成された孔に挿入されるボールと、
該ボールを支持する弾性部材と、
前記ボールに取付けられ、光源から投光される光を搬送して照射する光ファイバと、
前記照射された光を受光する受光部と、
前記弾性部材、ボール、及び光ファイバを上下に移動する昇降手段と、を有し、
前記ワークに形成された孔に前記ボールを挿入し、前記孔に気体を噴射して前記ボールと孔とを自動求心させるとともに、前記ボールを上下移動させたときの、前記受光部で受けた照射光量のピーク位置の変化を求め、これにより前記孔の真直度を求める管制部が設けられていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
ワークに形成された孔を測定する測定装置において、
前記ワークを保持するとともに該ワークに形成された孔に気体を噴射する噴射口を備えた保持台と、
前記ワークに形成された孔に挿入されるボールと、
該ボールを支持する弾性部材と、
前記噴射された気体の背圧の変化を電気信号に変換する空／電変換器と、
前記ボールに取付けられ、光源から投光される光を搬送して照射する光ファイバと、
前記照射された光を受光する受光部と、
前記弾性部材、ボール、及び光ファイバを上下に移動する昇降手段と、を有し、
前記ワークに形成された孔に前記ボールを挿入し、前記孔に気体を噴射して前記ボールと孔とを自動求心させるとともに、前記ボールを上下移動させたときの、前記空／電変換器からの信号と、前記受光部で受けた照射光量のピーク位置の変化データとから、前記孔の円筒度を求める管制部が設けられていることを特徴とする測定装置。
【請求項３】
前記弾性部材が少なくとも３本の線状の弾性体からなる平行バネであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワークに形成された孔を測定する測定装置に係り、特に孔の内径、真直度、及び円筒度等を非接触で測定する測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車部品や工作機械部品等として数多く使用されている円筒状部品の孔の内径、真直度、及び円筒度等を測定する場合、真円度測定機等を用い、被測定物（以下ワークと称する）を固定して、接触式の検出器を孔の内面に沿って回転させるとともに孔の長手方向に移動させながら測定する方法が主流であった。また、ワークが小物部品の場合は、ワーク回転型の真円度測定機が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この真円度測定機は汎用測定機であり種々の機能が備えられており、装置自体が高価である。また、接触式であるため測定面に傷がついたり、触子を引きずった痕が残ったりする。そのため測定圧力を低くした場合、孔の内周部にバリや溝があったときには触子がこのバリや溝に引っ掛かり、測定値がバラツク要因となっていた。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ワークに形成された孔の内径、真直度、及び円筒度等を非接触で測定できる安価な測定機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ワークに形成された孔を測定する測定装置において、前記ワークを保持するとともに該ワークに形成された孔に気体を噴射する噴射口を備えた保持台と、前記ワークに形成された孔に挿入されるボールと、該ボールを支持する弾性部材と、前記ボールに取付けられ、光源から投光される光を搬送して照射する光ファイバと、前記照射された光を受光する受光部と、前記弾性部材、ボール、及び光ファイバを上下に移動する昇降手段と、を有し、前記ワークに形成された孔に前記ボールを挿入し、前記孔に気体を噴射して前記ボールと孔とを自動求心させるとともに、前記ボールを上下移動させたときの、前記受光部で受けた照射光量のピーク位置の変化を求め、これにより前記孔の真直度を求める管制部が設けられていることを特徴としている。
【０００６】
請求項１の発明によれば、孔に挿入されたボールが自動求心された状態で孔の長手方向に移動されたときの、ボールに設けられた光ファイバからの照射光を受光部で受け、照射光量のピーク位置の変化を求めることによって孔の真直度を求めているので、非接触で安価な孔の真直度測定機を提供することができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、ワークに形成された孔を測定する測定装置において、前記ワークを保持するとともに該ワークに形成された孔に気体を噴射する噴射口を備えた保持台と、前記ワークに形成された孔に挿入されるボールと、該ボールを支持する弾性部材と、前記噴射された気体の背圧の変化を電気信号に変換する空／電変換器と、前記ボールに取付けられ、光源から投光される光を搬送して照射する光ファイバと、前記照射された光を受光する受光部と、前記弾性部材、ボール、及び光ファイバを上下に移動する昇降手段と、を有し、前記ワークに形成された孔に前記ボールを挿入し、前記孔に気体を噴射して前記ボールと孔とを自動求心させるとともに、前記ボールを上下移動させたときの、前記空／電変換器からの信号と、前記受光部で受けた照射光量のピーク位置の変化データとから、前記孔の円筒度を求める管制部が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明によれば、孔に挿入されたボールが自動求心された状態で孔の長手方向に移動されたときの、孔に噴射された気体の背圧の変化を空／電変換器で検出するとともに、ボールに設けられた光ファイバからの照射光を受光部で受け、照射光量のピーク位置の変化を求めることによって孔の円筒度を求めているので、非接触で安価な孔の円筒度測定機を提供することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記弾性部材が少なくとも３本の線状の弾性体からなる平行バネであることを特徴としている。請求項３の発明によれば、ボールが少なくとも３本の線状の弾性体からなる平行バネで支持されているので、孔の軸心が曲がっていてもボールが傾くことがなく、照射光量のピーク位置の変化を正確に検出することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る測定装置の好ましい実施の形態について詳説する。尚各図において、同一の部材については同一の番号又は符号を付している。
【００１１】
図１は、本発明に係るワークに形成された孔を測定する測定装置の概念を示す断面図である。測定装置１０は、図１に示すように、ワークＷを保持する保持台１２、ワークＷに形成された孔ＷＡの内径よりも僅かに小径のボール１４、先端部がボール１４の芯を貫通してボール１４に固着された光ファイバ１８、ボール１４の頂部に取付けられ光ファイバ１８の先端と対峙するコリメートレンズ１９、コリメートレンズ１９の上方に配置された受光部２２、光ファイバ１８の他端部に接続された光源２０、先端にボール１４が固着された弾性部材１６、弾性部材１６の他端が接続され弾性部材１６とボール１４及び光ファイバ１８を上下移動させる昇降手段２６、空／電変換器３０、及び管制部４０等から構成されている。
【００１２】
ボール１４は真球度が良好な鋼球が用いられ、ボール１４には芯を貫通する孔が形成されており、この孔に光ファイバ１８の先端部が挿入され接着剤で固着されている。また、ボール１４の頂部にはコリメートレンズ１９が取付けられている。先端がボール１４に固着されてボール１４を支持する弾性部材１６は、中空のストロー状弾性体で、光ファイバ１８がその中空内に挿通されている。
【００１３】
また、昇降手段２６は、既知のリニアガイド、ボールネジ、ステッピングモータ等から構成され、管制部４０によって制御されて弾性部材１６、ボール１４及び光ファイバ１８を上下移動させる。
【００１４】
保持台１２にはワークＷの測定すべき孔ＷＡに向けてエアを噴射する噴射口１２Ａと、噴射口１２Ａに通ずるエアー供給口１２Ｂが形成されている。このエアー供給口１２Ｂには空／電変換器３０を経由して圧縮エアが供給され、供給されたエアは噴射口１２ＡからワークＷの孔ＷＡに向けて噴射される。
【００１５】
空／電変換器３０（以下Ａ／Ｅ変換器３０と称する）は、供給したエアの背圧の変化をベローズと差動変圧器を用いて電気信号に変換する機器で、変換された電気信号は管制部４０に送られる。
【００１６】
光源２０から投射された光は、光ファイバ１８中を搬送され、コリメートレンズ１９で平行光線にされて受光部２２に照射する。受光部２２にはＣＣＤが用いられ、照射光量のピーク位置が検出されるようになっている。あるいはＣＣＤを用いずに４分割フォトセルを用い、管制部４０で照射光量のピーク位置を演算する。光源としてはレーザやハロゲンランプが用いられ、絞り込まれた平行光を照射する。
【００１７】
保持台１２に形成されている噴射口１２Ａは、貫通孔になっており、ボール１４を支持する弾性部材１６が挿通されている。この噴射口１２Ａの下端部にはシール材２９が取付けられ、弾性部材１６と噴射口１２Ａとの隙間からエアの漏出を防止している。また、保持台１２上面には同じくシール材２８が取付けられており、図示しない押圧手段によってワークＷを保持台１２に押圧固定した時に、ワークＷと保持台１２上面との隙間をシールしている。
【００１８】
管制部４０は、測定装置１０の各部の動作を制御するとともに、Ａ／Ｅ変換器３０からの信号及び受光部２２からの信号を演算処理し、測定値を求める。
【００１９】
次に、このように構成された測定装置１０の作用について説明する。先ず測定すべきワークＷが保持台１２に載置される。このときワークＷの下面と保持台１２の上面との間はシール材２８でシールされる。次にボール１４が昇降手段２６によって上昇されワークＷの孔ＷＡに挿入され、所定の位置に位置付けられる。　次に、圧縮エアがＡ／Ｅ変換器３０を介して保持台１２のエアー供給口１２Ｂから供給され、噴出口１２ＡからワークＷの孔ＷＡに噴射される。供給されたエアは、孔ＷＡとボール１４とで形成される隙間を通って上方に排出される。このとき弾性部材１６で支持されたボール１４は、弾性部材１６で片持ち支持されているだけなので、隙間を流れるエアの作用で孔ＷＡの中心に自動求心される。
【００２０】
Ａ／Ｅ変換器３０では、孔ＷＡとボール１４とで形成される隙間の大小によって生じる背圧の変化を電気信号に変換し、管制部４０に送る。管制部４０では、Ａ／Ｅ変換器３０からの信号からワークＷの孔ＷＡの内径を算出する。尚、測定に先立って、正確な孔の内径が既知である２種類のマスタを用い、Ａ／Ｅ変換器３０の倍率校正がなされる。
【００２１】
次いで、ボール１４が昇降手段２６によって移動され、複数位置における孔ＷＡの内径が測定され、孔ＷＡの簡易的な円筒度が求められる。また、光源２０から投光された光は光ファイバ１８内を進み、コリメートレンズ１９で平行光にされて受光部２２に照射され受光部２２で受光される。
【００２２】
受光部２２はＣＣＤあるいは４分割フォトセルで構成されているので、図２で示すような、照射光量のピーク位置Ａが求められる。図３は、受光部２２として４分割フォトセル２２Ａを用いた時の、照射光が照射された状態を表わしている。この場合４個の各フォトセルの出力分布から照射光量のピーク位置Ａが算出される。即ち、各フォトセルの出力値の比率に対応する面積比率を有する円の中心が反射光量のピーク位置Ａとして求められる。
【００２３】
このように、ボール１４のエアによる自動求心作用を利用するとともに、ボール１４をワークＷの孔ＷＡの長手方向に移動して、照射光量のピーク位置Ａの変位を求めることにより、孔ＷＡの真直度が算出される。また、ボール１４を孔ＷＡの長手方向に移動したときの、この真直度データと孔ＷＡの長手方向各位置におけるＡ／Ｅ変換器３０による孔ＷＡの内径データとから、孔ＷＡの真直度成分を含めた円筒度が求められる。これらの測定値は、全て管制部４０によって演算処理されて求められる。
【００２４】
次に、本発明に係る実施形態の変形例について説明する。　ワークＷの孔ＷＡが曲がっている場合、ボール１４は弾性部材１６で片持ち支持された状態で自動求心されるので、僅かに傾く。ボール１４が僅かに傾くことにより光ファイバ１８からの光の照射方向が傾き、受光部２２上の照射光量ピーク位置が若干ずれてしまい真直度測定において僅かな誤差が生じてしまう。このため真直度をより高精度に測定するものとして、図４に示すような変形例がある。
【００２５】
図４は、弾性部材１６として、光ファイバ１８を中心とした円周上に等間隔に配置され、且つ互いに平行な３本のピアノ線で構成された平行バネが用いられた場合を表わしている。ボール１４を保持している弾性部材１６が３本のピアノ線で平行バネを構成しているので、図４に示すように、ワークＷの孔ＷＡが曲がっていても、ボール１４が傾くことがなく、受光部２２上での照射光量のピーク位置検出に誤差を生じさせることがない。尚、図４ではＡ／Ｅ変換器３０、光源２０、及び管制部４０の記載は省略してある。
【００２６】
以上説明した本発明に関わる実施の形態では、測定すべき孔ＷＡの内径測定とボール１４の自動求心作用のために圧縮エアを用いたが、これに限らず、Ｎ２　ガスやＡｒガス等、適宜選択することができる。
【００２７】
また、ボール１４の頂天部にコリメートレンズ１９を設け、光ファイバ１８から照射される光を平行光にしているが、コリメートレンズ１９を別部品として設けずに、ファイバ先端にレンズが形成されたレンズ付の光ファイバ１８を用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の孔を測定する測定装置によれば、孔と孔に挿入されたボールとの隙間の大小による気体の背圧の変化を検出して孔の内径が測定されるとともに、ボールを孔に沿って移動したときの、気体の流れによる孔とボールとの自動求心作用を利用し、ボールに取付けられた光ファイバからの照射光量のピーク位置の変位から孔の真直度が測定され、それら両方の測定データから孔の円筒度が算出されるので、非接触で孔の内径、真直度、及び円筒度を測定することのできる安価な孔の測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る孔の測定装置を表わす測断面図
【図２】受光部における照射光量を表わすグラフ
【図３】４分割フォトセル上の照射光を示す平面図
【図４】弾性部材に平行バネを用いた場合の測断面図
【符号の説明】
１０…測定装置、１２…保持台、１２Ａ…噴射口、１４…ボール、１６…弾性部材、１６Ａ…平行バネ、１８…光ファイバ、１９…コリメートレンズ、２０…光源、２２…受光部、２６…昇降手段、２８、２９…シール材、３０…Ａ／Ｅ変換器（空／電変換器）、４０…管制部、Ａ…光量のピーク位置、Ｗ…ワーク、ＷＡ…孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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