(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定位置に位置決めしたボールの直径を測定する変位センサーを備えたボール径寸法測定装置において、所定位置と測定位置との間で往復できる被測定用ボールまたはマスタボールを保持する保持板と、所定位置において被測定用ボールまたはマスタボールを前記保持板の移動と共に所定角回転させるためのスライダーとを有し、繰り返し行われる測定、所定角回転後の測定により得られる測定値を記憶し出力する測定制御手段を有することを特徴とするボール径寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受用のボール径寸法自動測定装置に関し、さらに詳しくは、ボールの測定位置をボールの回転により定め、その測定値の平均値とボール直径寸法のばらつきを求めるボール径寸法自動測定装置に関し、特に、体温の影響や個人差もなく、さらに気温変動の影響も受けにくいボール径寸法自動測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボール直径測定のための測定装置としては、特公平６−５４２０４号公報の従来例に開示されているものがある。ここでは、定盤の上面と球体保持具のＶ字状溝のＶ字面とで形成される三平面に、人手によりボールを押圧して位置決めし、ボールの直径寸法を測定するものである。
【０００３】
このボール直径寸法の測定装置は、ピンセットでボールで測定点に置くため体温の影響を受け温度ドリフトが大きい。つまり、ピンセットを操作する手とピンセットに挟まれたボールとの距離が近いためボールに体温の影響が必至だからである。また、ピンセットでボールを測定位置に置くために測定器にカバーをすることができず、気温変動の影響も受けやすい。
【０００４】
さらに、手作業でボールの設置を行うため個人差がで易いなどの影響がある。そのため、±０．０１μｍ以下の測定精度を得ることは難しいという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで請求項１記載の発明は、ボール径寸法の測定に際し、体温の影響、気温変動の影響を排除し、さらに個人の技量にかかわることなく所定の測定精度を得ることを可能にするためのボール径寸法自動測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載はボール径寸法の測定に際し、ボール移動手段、ボール径の位相変更手段及び測定制御手段を備えたことを特徴とする。具体的には、請求項１記載の発明は測定位置に位置決めしたボールの直径を測定する変位センサーを備えたボール径寸法測定装置において、所定位置と測定位置との間で往復できる被測定用ボールまたはマスタボールを保持する保持板すなわち切出し板と、所定位置において被測定用ボールまたはマスタボールを切出し板の移動と共に所定角回転させるためのスライダーとを有し、繰り返し行われる測定、所定角回転後の測定により得られる測定値を記憶し出力する測定制御手段を有することを特徴とするボール径寸法測定装置である。ここで、測定するボールとは被測定用ボールまたはマスターボールのことである。
【０００７】
ボールの直径の測定工程としては、切出し板に保持したボールを測定ポジションの変位センサーの真下に移動し、変位センサーに下に設置した測定子と測定台の間にボールを挟み、測定子よりボールに押圧を加え変位センサーのコアの上下動に変化する値を記憶し、切出し板に保持したボールをスライダーへ移動し、スライダー上でボールを所定角回転させ、切出し板を移動して測定ポジションの変位センサーの真下に再び位置決めして測定子によりボールに押圧を加え変位センサーのコアの変化する値を記憶するという動作を所定回数繰り返し、記憶した値に基づき平均値と標準偏差を算出するボール径寸法測定方法というものである。
【０００８】
ここでボール移動手段としては、往復可能な切出し板に測定するボールを保持し、所定位置と測定位置の間でボールを移動させる手段をいい、具体的には、切出し板に設けられているボール径よりわずかに大きなボール保持孔にボールを入れ測定台上をボールを切出し板の移動と伴に回転させ（転がし）、所定位置と測定位置の間を移動させることをいう。
【０００９】
また、ボール径の位相変更手段としては、位相かえ位置に位置決めされたボールを所定角回転させ、ボールの直径測定位置を変更する手段をいい、具体的には、スライダー上に位置決めされたボール保持孔にあるボールをスライダーを移動することにより所定角回転させることをいう。その際、切出し板の移動する方向とは異なる方向にスライダーを移動するようにしている。例えば切出し板の移動による転がり方向とは直交する方向にボールを所望の量だけ転がすことにより位相かえを行う。この方向には位相かえを目的とする以外には転がさないので、偶発的なすべりなども起こりにくく、この動作後のボール直径の測定位置はこの動作前の測定位置とは確実に異なることになる。なお、位相かえに関しては測定の際に、ボール測定ポジションの手前で一度位置決めし、その後切出し板を移動させることによりボールを滑り移動させボール測定ポジションに位置決めするという工程を経ることにより達成することもでき、これを前記の直交する方向の位相かえと組合わせることもできる。つまり位相かえポジションから測定ポジションまでのボールの行きの距離（ボールの回転数）と測定ポジションから位相かえポジションまでのボールの戻りの距離（ボールの回転数）が異なるからである。
【００１０】
さらに、測定制御手段としては、一つのボールにつき、所定回数、測定・位相かえ後測定という工程を繰り返し得られる測定値を記憶し統計処理し出力するすべての手段をいう。具体的には、測定値をＡ／Ｄ変換し、計算機等のメモリに記憶し、測定値の平均値、直径不同（例えば６σ）、歪度及び尖度といった測定値の分布の状況を求めることをいう。
【００１１】
請求項１記載の発明に、温度変化補償手段を付加することも可能である。温度変化抑制手段としては測定位置におかれたボールの直径を測定する変位センサーを有する測定系と同一のドリフト補償用測定系を該測定系と対称な位置に備え、該ドリフト補償用測定系の測定位置にはドリフト補償用ボールと、該ドリフト補償用ボールの位置決め用部材と、測定コラムの側方の凹部には測定台に位置決めされた測定するボール及びドリフト補償用ボールに押圧を加える測定子を挟む測定子支持部と、測定系及びドリフト補償用測定系のそれぞれに設置された該測定子支持部を上昇させるため測定コラムの穴に配置されたセンサーリフトシリンダーと、測定系のボールの測定値からドリフト補償用測定系のドリフト補償用ボールの測定値を差し引いた結果を測定値とする測定制御手段とを有する構成である。この構成を本発明に付加することによって、ドリフト補償用ボールの測定値を用いて、温度ドリフトを排除しているため温度変化の影響をさらに抑えることが可能になる。
【００１２】
この温度変化補償工程は、測定系とドリフト補償用測定系のセンサーリフトシリンダーを上昇させ、測定子支持部に挟んだ測定子と測定台の間にすきまを設け、切出し板をボール保持孔の測定するボールを測定子と測定台の間のすきまへ移動し、該センサーリフトシリンダーを下降させ、測定子と測定台に測定するボールとドリフト補償用ボールを挟み、測定するボールを測定位置（ボール測定ポジション）に位置決めした後、測定子でそれぞれのボールに押圧を加え、測定系の変位センサーの測定値からドリフト補償用測定系の変位センサーの測定値を差し引いた結果を測定値とするものである。
【００１３】
また、請求項１記載の発明に上記温度変化補償手段の他に、マスターローディング手段を付加することもできる。マスターローディング手段としてはマスターボールを格納するマスター格納板を有し、該マスター格納板に設けた切出し板のボール保持孔とほぼ同一径のシリンダー挿入口と、前記マスター格納板の下方に配置されシリンダー挿入口にあるマスターボールを切出し板に受け渡しするための先端ロッドを備えた上昇シリンダーと、マスター格納板のシリンダー挿入口を上昇シリンダーの真上の位置と所定位置（前進シリンダーが移動する前の位置）の間を移動することができる前進シリンダーを備える構成とすることができる。この構成を付加することによって、マスターボールの測定結果の変動を被測定用ボールの測定結果の補正に用いることにより、さらに信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００１４】
このマスターローディング工程は、前進シリンダーによりマスターボールを格納したマスター格納板のシリンダー挿入口を上昇シリンダーの真上に移動し、切出し板のボール保持孔をマスター格納板のシリンダー挿入口の真上に移動し、上昇シリンダーの先端ロッドを上昇しシリンダー挿入口に位置するマスターボールを切出し板に移行し、測定ポジションに切出し板が移動しマスタボールの直径測定後、再び切出し板のボール保持孔をマスター格納板のシリンダー挿入口の真上に位置決めしマスターボールをマスター格納板へ移行するというものである。このマスターローディング工程を加え、所定個数の被測定用ボールを測定するごとにマスターボールの測定を行い、その測定値により被測定用ボールの測定値の補正が可能となる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。各図面において、図１は本発明のボール径寸法自動測定装置の平面図であり、図２（１）は本発明のボール径寸法自動測定装置の側面図であり、図２（２）は通路から切出し板のボールの移行を示すボール径寸法自動測定装置の部分拡大図であり、図３は本発明のボール径寸法自動測定装置の測定部の詳細図であり、図４（１）は本発明のボール径寸法自動測定装置の位相変更部の詳細図であり、図４（２）はスライダーの移動とともにボールの転がり状況（回転状況）を示す位相変更部の部分拡大図であり、図５（１）は本発明のボール径寸法自動測定装置のマスターボールセット部の詳細図であり、図５（２）は図５（１）のＡＡ断面図であり、図６はマスター格納板から切出し板へのボールの移行状況を示すマスターボールセット部の詳細図であり、図７はボール径寸法自動測定装置の測定結果例であり、図８はボール径寸法自動測定装置の全体構成のブロック図である。
【００１６】
図１を用いて本発明のボール径寸法自動測定装置の構造について説明する。測定コラム１２はボール径寸法測定装置本体３６にボルト（不図示）で固定されている。測定コラム１２には変位センサー１０が二箇所に設けられている。図１の右側の変位センサー１０の下には基準ボールとなるドリフト補償用ボール３８が配置してある。ドリフト補償用ボール３８はドリフト補償用のために設けられたものであり位置は固定されている。ドリフト補償用ボール３８の位置決めは図１に示すように位置決め用部材であるＴ字状部材３９の先端にボール固定用の穴を設け、その中にドリフト補償用ボール３８を入れ位置決めしている。Ｔ字状部材３９の他端は二箇所でボルトによってベース３４に固定されている。本実施例においてはＴ字状の部材を用いているが形状は特にＴ字状に限定されるものではない。
【００１７】
図１の右側にあるローディングシュート１には多数の被測定用ボール５は並べられて蓄積されている。被測定用ボール５はローディングシュート１の下部に設けられている溝である通路１ａで一列に並べられ、切出し２に送られる構造である。これはローディングシュート１側が通路１ｂの終端側より高い位置に設置され、傾斜をなしているからである。従って、自動的に被測定用ボールを通路１ａに転がらせることができる。切出し２では被測定用ボール５を１個ずつ円形の切出し２に設けられた切り欠き２ａに取り込める構造をなしている。本実施例においては切出し２の円形の外周上に円弧状でボール一個のみが入る切り欠きが設けてある。切り欠きの形状は特に限定されるものではなくボール一個のみが入る矩形形状のものであってもよい。例えば正方形の形状であってもよい。切出し２は不図示の駆動手段により回転可能であり、図２（１）で時計回りに回転させることにより、切り欠き２ａに入っているボール１個を反対側の通路１ｂに移行できる。移行後、再び回転させ切り欠き２ａを通路１ａ側にもどすことができる構造である。
【００１８】
左側の変位センサー１０の下には被測定用ボール５またはマスターボール１６が配置されることになる。図３に示すように測定ポジションではドリフト補償用測定系１１と測定系４１で成り立ち、基本的に両者は同一であり対称構造をなしている。具体的には、変位センサー１０の下では測定子７と測定台６の間にそれぞれのボール（ドリフト補償用ボール３８と被測定用ボール５またはマスターボール１６）を挟んでいる。測定台６は測定コラム１２に固定されている。固定方法は特に限定されないが本実施例においては、板ばねを用いて測定台６を抑える構造を採っている。また測定コラム１２の側面に凹部１２ａが設けてあり、その中で測定子７の位置を固定するために測定子７を挟む測定子支持部７ａが入り、測定子支持部７ａの上面及び下面に平行板ばね８が設けられている。測定子支持部７ａの上面及び下面に平行板ばね８を固定するために測定子支持部７ａの横に板ばね支持部４７が測定コラム１２に固定されて設けられている。また、平行板ばね８はそれぞれ補強材７ｂで補強されている。測定子７が水平状態を保ったまま上下方向に微動させるために測定子支持部７ａの下の測定コラム１２の穴１２ｂにセンサーリフトシリンダー９が測定系４１及びドリフト補償用測定系１１に設けられている。相違点としては、ドリフト補償用測定系１１側ではドリフト補償用ボール３８が移動しないように位置決め用部材であるＴ字状部材３９で保持されているのに対し、測定系４１側では切出し板３のボール保持孔３ａに入っている測定するボールが測定台６上を移動できるということである。また、測定台６と測定子７は、ボール直径の測定に非常に厳しい精度が要求されるため非常に精密な平面に仕上げてある。測定台６、測定子７及び平行板ばね８等を囲む測定コラム１２は、熱膨張による測定不良を防止するために低熱膨張材で作られている。なお、測定コラム１２はアクリル製のカバー３５で覆っている。
【００１９】
位相かえポジションでは、図４（１）に示すようにベース３４の側面に設けた穴３４ａに位相かえシリンダー３２が組み込まれており、位相かえシリンダー３２の先端にはスライド軸１３ｂを押圧するための先端ロッド３２ａが取り付けられている。ベース３４の間にはスライダー１３が配置されている。スライダー１３はスライダー本体１３ａとスライド軸１３ｂから構成されており一体化している。穴３４ｂにはばね４３取り付けられており、ばね４３の一端がスライド軸１３ｂの左端に接合してある。スライド軸１３ｂのベース３４に入る部分にすべり軸受４１が取り付けられ、スライド軸１３ｂを囲いでいる。
【００２０】
マスター格納ポジションでは、図５（１）に示すようにレール台３３に前進シリンダー１８が取り付けられている。前進シリンダー１８の上面側にはマスター格納板１７が取り付けられ、下面側にはスライド２０が取り付けられている。スライド２０はレール３３ａ上に乗りレール３３ａ上を可動できる。マスター格納板１７にはマスターボール１６を切出し板３に受け渡しするためのシリンダー挿入孔１７ａが設けられており、マスターボール１６の測定時以外は、この中にマスターボール１６が格納されている。ベース３４内にはシリンダー挿入口１７ａに挿入する先端ロッド１９ａを備えた上昇シリンダー１９が配置されている。また、図５（２）に示すように上昇シリンダー１９の隣には切出し板３のボール保持孔３ａにマスターボール１６（又は被測定用ボール５）の有無を確認する光電センサー１５がベース３４に取り付けられている。
【００２１】
アンローディングポジションでは、図２（１）に示すように切出し板３に設けられたボール保持孔３ａの真下に通路１４ａの先端が配置されている。通路１４ａの末端はアンローディングシュート１４につながっており、アンローディングシュート１４は通路１４ａの先端より低い位置に配置され、通路１４ａは傾斜をなしている。
【００２２】
図１において切出し板３はスライド４の可動部にボルトで固定されており、切出し板３の先端部分にはボール径よりわずかに大きなボール保持孔３ａが設けられている。このボール保持孔３ａに被測定用ボール５またはマスターボール１６が挿入されることになる。切出し板３はボール保持孔３ａにいずれかのボールを保持した状態で図１の左側に記載されている測定、位相かえ、ローディング、マスター格納、検出及びアンローディングの各ポジションに移動することができる。移動手段としては、スライド４の背後の設置してあるモータ５と送りネジ（不図示）によりスライド４のガイドレールに沿って可動部を移動するものである。
【００２３】
次に各図に基づき本実施例の測定動作を説明する。はじめにマスターボール１６を用いて本測定前の準備作業を行う。ここでマスターボール１６とは、予め精密に測定された寸法が既知で直径不同の良好なボールをいう。図７（１）に本実施例におけるマスターボール１６の測定値の変化を示す。この図において横軸は測定開始からの時間を示し、縦軸は測定値を示す。ここに示されている測定値はマスターボール１６の測定値（直径寸法）からドリフト補償用測定系１１のドリフト補償用ボール３８の測定値（直径寸法）を差し引いたものである。
【００２４】
まず後述の手順でマスターボール１６を測定ポジションに位置決めし、測定子７をマスターボール１６に当接させたままの状態で測定値が安定したと判断されるまで連続的に測定を行う。本実施例の場合、温度ドリフトが１５分当たり１ｎｍ以内となるまでをもって安定したと判断するように後述のパソコン２２のシーケンス動作のプログラムに設定してあるが、この条件は測定条件等に応じ、適宜変更する。図７（１）でドリフトと示された部分がここまでに対応し、この例の場合、約３５分を要している。なお安定するまでの時間がほぼ一定な場合であれば、予め安定するまでの時間を調べておき、その時間経過後、次工程に移るようなプログラムとしてもよい。次に後述の測定及び位相かえの動作を所定回数繰り返す空測定を行う。測定値が安定した後、さらに所定回数の空測定を行うのは、測定が開始され、可動部が動作し始めたことによる温度変化等により、初期の測定値が不安定になることがあるためである。本実施例では５０回繰り返すプログラムとしたが、この回数に限定されるものではない。図７（１）で□で示しているのが空測定値である。以上の準備に引き続いて自動的に本測定に入る。図７（１）では本測定値を○で表している。前記のような本測定前の準備及び、ドリフト補償用測定系を用いた温度変化補償に加え、さらなる装置の温度ドリフトを考慮して、本実施例においてはマスターボール１６測定後、被測定用ボール５を５個測定し、またマスターボール１６を測定するという工程を繰り返している。なお、図７（１）で黒丸は後述の位相かえを行って１０回測定した結果の平均値を示し、各黒丸を直線で結んでいる。
【００２５】
マスターボール１６の測定について詳細に説明する。図５（１）に示すようにマスターボール１６はマスター格納板１７に格納されており、前進シリンダー１８が前進すると、マスター格納板１７を取り付けたスライド２０がレール３３上を移動し、マスター格納板１７のシリンダー挿入口１７ａを上昇シリンダー１７の真上に位置決めする。次に図６に示すように上昇シリンダー１９が上昇し、マスター格納板１７のシリンダー挿入口１７ａに上昇シリンダー１７のロッドが挿入されマスター格納板１７の中のシリンダー挿入口１７ａにあるマスターボール１６を切出し板３のボール保持孔３ａに受け渡しする。
【００２６】
図３に示すように切出し板３をマスターボール１６の測定ポジションに向けて移動する。切出し板３によりマスターボール１６をボール測定ポジション４５に位置決めされる手前約０．５ｍｍのところで一度位置決めする。位置決めはセンサーリフトシリンダー９を上昇させベース３４を挟む測定子７を上昇させ測定子７と測定台６との間にボールが測定子７と触れずに通るのに十分なすきまを設け、ボール保持孔３ａをそのすきまに入り込ませマスターボール１６を位置決めし、センサーリフトシリンダー９が下降する。この下降により、マスターボール１６は測定台６と測定子７の間に挟まれる。ただしこの位置は本来のボール測定ポジション４５とは異なるため、切出し板３を移動して本来のボール測定ポジション４５に移動する。その際、マスターボール１６を回転させず滑り移動させる。この移動によりマスターボール１６が測定台６と測定子７に擦られ、マスターボール１６の測定点に付着した微小なごみが取り除かれる。このようにボールをボール測定ポジション４５の手前に位置決めし、その後ボールを測定台６と測定子７の間で挟み、ボールを回転させることなくボール測定ポジション４５に移動するという工程を用いることによりボールに付着したごみ等の異物を排除することができる。さらに、前記のような切出し板３によるボールの転がり方向についての位相かえとしても利用できる。
【００２７】
測定子７に取り付けられた高精度な変位センサー１０により切出し板３のボール保持孔３ａに入っているマスターボール１６の直径が測定される。ここで変位センサーは電気マイクロであり、測定子７に固定されたコア１０ａのまわりにコイル１０ｂを配置し、コア１０ａの上下方向の変位による電圧変化から測定値を換算するものである。マスターボール１６が測定されると同時にマスターボール１６と公称寸法が同一径のドリフト補償用ボール３８の直径についても測定する。そして、測定するボール（ここではマスターボール１６）の測定値からドリフト補償用ボール３８の測定値を差し引いている。このようにドリフト補償用ボール３８を基準ボールとして、測定される被測定用ボール５やマスターボール１６の測定値からドリフト補償用ボール３８の測定値を差し引くという補正を行うことによって温度ドリフトの影響を少なくできる。
【００２８】
図４（１）に基づいて、次の動作である位相かえ部の詳細な動作を説明する。ここで位相かえとはボールの測定する箇所を変えることをいう。測定が終了するとセンサーリフトシリンダー９を上昇させ、測定子７を上昇させる。ボール保持孔３ａのマスターボール１６は測定台６上を回転移動し、切出し板３を測定ポジションから位相かえポジションへ移動する。位相かえシリンダー３２が押されていない状態ではスライダー１３はベース３４の右側の壁に接触し、位相かえシリンダー３２が押されていない状態ではすきま４５は左側のベース３４の壁とスライダー本体の間に存在する。マスターボール１６の入ったボール保持孔３ａをスライダー１３上に位置決めする。スライダー１３上にマスターボール１６が接触し位置決めされると、位相かえシリンダー３２の先端ロッド３２ａにより押され、スライド軸１３ｂが左方向へ移動するとスライダー１３が左方向に動き、ボール５が微少量だけ回転する（転がる）。
【００２９】
位相かえシリンダー３２の先端ロッド３２ａが伸び、先端ロッド３２ａがスライド軸１３ｂに押圧を加えるとスライダー１３は移動を始め左側にあったすきま４５が徐々に右側に移り左側にあったすきま４５が全て右側に移動する。その際スライド軸１３ｂはベース３４内のすべり軸受４１により円滑に移動することができる。その結果スライダー１３がすきま分移動したことになる。このようにスライダー本体１３ａの移動により、スライダー本体１３ａに位置決めされていたマスターボール１６は移動分回転することになる。以上のスライダー１３の移動と測定するボール（ここではマスターボール１６）の回転（転がり）の詳細については図４（２）に示してある。
【００３０】
次に、移動分回転したマスターボール１６をボール保持孔３ａで保持した切出し板３を移動し、前記と同様の手順でボール直径寸法の測定が行われる。その際、位相かえポジションでは切出し板３の移動によりマスターボール１６がスライダー１３上から無くなると、位相かえシリンダ３２を作動させ、先端ロッド３２ａを後退させる。この際、同時に穴３４ｂに設けたばね４３の反発力によりスライド軸１３ｂに押圧が加えられスライダー１３が右側に移動し、最終的にはスライダー１３はベース３４の右側の壁に接触し、元の位置に戻る。
【００３１】
この位相かえにおいて注意することは切出し板３の移動方向とは異なる方向でマスターボール１６を回転させるということである。本実施例においては切出し板３の移動方向と直交する方向で位相かえを行っている。このように位相かえのためのマスターボールの回転方向を切出し板３の移動方向と異ならせることによって位相をかえても同じ場所の測定となることを排除し、かつ正確に所望の量だけ回転させるためである。つまり、切出し板３の移動方向と同じ方向で位相を変えると切出し板３の測定ポジションと位相かえポジションの間の移動中に偶発的なすべりなどの起こる可能性がありマスターボール１６の回転する量を正確に所望の量に制御するのが難しいからである。なお、本実施例では１個のボールにつき１０回の測定を行っているので、所望の量としては、１／２０回転としているが、これに限定されず適宜選んでよい。
【００３２】
なお、前記のとおり測定の際に、万一ごみ等の異物が付着していても除去できるようにボール測定ポジション４５の手前で一旦位置決めし、その後切出し板３を移動させることによりボールを滑り移動させボール測定ポジション４５に位置決めするという工程を経ている。そのため位相かえポジションから測定ポジションまでのボールの行きの距離（ボールの回転数）と測定ポジションから位相かえポジションまでのボールの戻りの距離（ボールの回転数）が異なる。つまりボールの戻りではボール測定ポジションからボールが回転（転がる）するのに対し、ボールの行きの場合にはボール測定ポジションまでの所定の距離だけボールが回転せず（転がらず）滑るからである。このように直交する方向の位相かえに比べると正確な回転量を得ることは難しいものの、位相かえが位相かえポジションと測定ポジションとの間の移動の際にも行われている。
【００３３】
ボール保持孔３ａのマスターボール１６はボール測定ポジション４５に位置決めされ、直径測定後、位相かえポジションに移動され、マスターボール１６の直径測定位置である位相を変え、再び測定ポジションに戻りボールの直径が測定される。このような動作が空測定から本測定において行われる。空測定においては本実施例では５０回測定、本測定においては１０回測定（測定ポジションと位相かえポジションの間を１０往復ということになる）が行われる。
【００３４】
測定が終了すると、切出し板３を移動させ、ボール保持孔３ａをマスター格納ポジション上に位置決めする。前進シリンダー１８が前進されマスターボール格納位置であるシリンダー挿入孔１７ａをボール保持孔３ａの真下にある状態とし、かつ、上昇シリンダ１９のロッド１９ａを下げた状態とすることによりボール保持孔３ａに入っているマスターボール１６はマスター格納板１７のシリンダ挿入孔１７ａ内に格納させることができる。その後、前進シリンダー１８がマスター格納板１７を後退させる。次に切出し板３を検出ポジションに移動し、ボール保持孔３ａが光電センサー１５の真下に来るように位置決めし、ボールが無いことを確認する。マスターボール１６の無いことが確認できないと、再びボール保持孔３ａがシリンダー挿入口１７ａに位置決めされる。その後、ボール保持孔３ａが光電センサー１５の真下に来るように位置決めされ同様の動作を繰り返す。
【００３５】
次に被測定用ボール５を測定する。ローディングシュート１から出る被測定用ボール５が通路１ａを通り切出し２に到達し切出し２の切り欠き２ａに入り、切出し２が回転し、切り欠き２ａに入っている被測定用ボール５が通路１ｂに移行する。被測定用ボール５は通路１ｂの傾斜により通路１ｂの終端まで転がる。これに先立ち、モーター５を駆動して切出し板３をローディングポジション１に移動し、ボール保持孔３ａを通路１ｂの終端の真下にくるように位置決めしてあり、通路１ｂの終端より被測定用ボール５をボール保持孔３ａに落下させると、ボール保持孔３ａで被測定用ボール５を保持する。その詳細な状況は図２（２）に示してある。その後は、マスターボール１６の場合と同様の手順を経て測定ポジションに位置決めされ、直径測定後、位相かえポジションに移動し、被測定用ボール５の直径測定位置である位相を変え、再び測定ポジションに戻り位相が変わった直径を測定する。
【００３６】
以上のように測定が終了した被測定用ボール５は図２に示すアンローディングポジションで切出し板３のボール保持孔３ａから被測定用ボール５を通路１４ａへ落下させる。被測定用ボール５は通路１４ａを通りアンローディングシュート１４へ排出される。次に、切出し板３のボール保持孔３ａが検出ポジションの光電センサー１５の真下にくるように位置決めし、被測定用ボール５がボール保持孔３ａに無いことを光電センサー１５が確認する。これにより被測定用ボール５がボール保持孔３ａから排出されたことが確認できる。光電センサー１５によりボール保持孔３ａに被測定用ボール５が無いことが確認できない場合には、マスターボール１６と同様にアンローディングポジションと検出ポジションの間をボール保持孔３ａが往復することになる。
【００３７】
図７（２）の横軸は被測定用ボール５のナンバーで縦軸は生データの値である。図７（２）では５０個の被測定用ボール５を示し、マスターボール１６の場合と同様、１個あたり１０箇所位相を変えて測定した個々の結果を白丸で示し、その平均値を黒丸でプロットしてある。図７（２）のデータは最初の５個は図７（１）のＡの部分に対応し、次の５個は図７（１）のＢの部分に対応し、というようにマスターボール１６のデータが被測定用ボール５のデータとの対応している。つまり図７（１）の「初期ドラフト」の終わりの○印の本測定（マスターボールの測定値からドリフト補償用ボールの測定値を差し引いて改めて測定値としたもの）終了後、被測定用ボールの測定（被測定用ボールの測定値からドリフト補償用ボールの測定値を差し引いて改めて測定値としたもの）を行ったものである。この場合被測定用ボールについては５個についてそれぞれ１０回の測定を行ったものである。測定の順番としてはマスターボール（１個）、被測定用ボール（５個）、マスターボール（１個）というものである。被測定用ボール５は十分に洗浄して測定するが、希にごみが付着していると考えられる場合があり、他の測定値に比べ異常に大きい測定結果を示す。図７（２）にはその部分が三箇所ある。
【００３８】
このような異常な測定値をデータから取り除くために十箇所の測定が終了した後、１０個のデータを統計処理し歪度（分布の左右対称性）と尖度（分布の鋭角度または平坦度）の積を計算する。この歪度及び尖度は正規分布からのずれを示す周知の計算式により求められる。この歪度と尖度の積の値が通常「２」を超えた場合は、異常な測定値がデータに含まれていると判断し、１０個のデータのうち最大のものを取り除く。次に９個のデータでも同じことを行い、歪度と尖度の積が通常２以内になるまで最大のデータを取り除き同様の計算を繰り返す。この処理によりデータが１０個に満たなくなる場合があるが、足りない分測定を増やすことも可能である。
【００３９】
そして、本実施例では直近である前後の一方のマスターボールの測定値（本実施例であると１０回分）の平均値の変動分（予め、測定された真と考えてよい測定値との差分）を差し引くという補正を行っている。ただし補正の仕方としては以下に述べる代表的な三つの手法等がある故、どれを用いても構わない。次に、得られた有効データから平均値と直径不同を求める。直径不同は例えば６σにより計算する。ここで、σは標準偏差である。本実施例においても直径不同は６σにより求める。
【００４０】
本実施例においては、はじめマスターボール１６測定終了後、５個の被測定用ボール５を用いて測定を行っている。被測定用ボール５の測定に際してもマスターボールの測定と同様に、測定後、位相をかえて測定をするという工程を繰り返している。被測定用ボール５の測定終了後、再度マスターボール１６の測定を行っている。その際に、データ補正を行うことも可能である。ただし、データ補正は全てのデータ収集後に行うこともできる。本実施例においてはマスターボールの測定の間に５個の被測定用ボールの測定を行っているがこれに限定されるものではない。例えば、１０個、２０個の被測定用ボールの測定を行うことも可能である。
【００４１】
測定値の補正の仕方としては、例えば以下に示すような代表的な三つの方式を挙げることができる。ここでは、例として前後のマスターボール１６の測定値Ｘ、Ｙがマスターボール１６の予め精密に測定して得られた基準値（以下、真値と称す）と表１に示すような関係であった場合について述べる。
【００４２】
【表１】
0003952098.tif 000002
【００４３】
第一の方式では、図に示すように２つのマスターボール１６の結果を補間し、被測定用ボール５の結果からａ〜ｅ（この例ではｃからｅは負値）を引いて補正するものである。
【００４４】
【表２】
0003952098.tif 000003
【００４５】
第二の方式では、真値との差である２つのマスターボール１６の結果の平均値を被測定用ボール５の個々のデータから差し引くというものである。この場合、具体的には（Ｘ＋Ｙ）／２を個々のデータから差し引くことになる。
【００４６】
第三の方式では、直近のマスターボール１６の測定結果で補正すべき値を決めることになる。この場合、Ｘ、Ｙのいずれかを選択することになる。以上、代表的なデータ補正の方式を挙げたが特にこれらに限定されるものではない。
【００４７】
次に、ボール径寸法自動測定装置の全体構成のブロック図を図８を用いて説明する。センサー出力及び補償用センサー出力はセンサーアンプ２１に入力される。ここでセンサー出力とされるものはマスターボール１６あるいは被測定用ボール５の測定値であり、補償用センサー出力とされるものはドリフト補償用ボール３８の測定値である。センサー出力と補償用センサー出力との差がセンサーアンプ２１の出力され、パソコン２２に実装されたＡ／Ｄ変換ボードに入力されパソコン２２で測定値が記憶される。
【００４８】
切出し板３を含めた機械部分のスライド動作命令及び各シリンダーの動作命令は、パソコン２２からパラレルＩ／Ｏボード２４を経由してそれぞれモーターコントローラ２５からモーター駆動アンプ２６、シーケンサー２７からエア電磁弁２８に与えられる。ボールを検出する光電センサー１５からの信号は、光電センサーアンプ２９からシーケンサー２７及びパラレルＩ／Ｏボード２４を経由してパソコンに入力される。パソコンには、測定結果を記録しデータを処理するプログラムと以上述べたシーケンス動作をさせるプログラムが組み込まれている。
【００４９】
また、機械部分全体は図８に簡略的に示してあるようにカバー３０で覆うこともできる（前記図１では不図示）。恒温室に設置してある場合はアクリル製の単純なカバー３０で覆うが、通常の作業室に設置する場合はカバー３０内を一定の温度に保つ装置を取り付けることにより安定した測定値を得ることができる。
【００５０】
以上説明したように、本発明による自動ボール径測定装置は、ボールを複数ローディング・アンローディングする装置、マスターボールを随時測定可能に備える装置及びボールの測定位相を任意に変えることができる装置を備えているため、人手を介さずに測定を行うため、体温の影響を受けにくく測定に個人差も生じない。また、測定器をカバーで覆うことができるので、気温変動の影響も受けにくいのでボール径を±０．０１μｍ以下の精度で測定できる。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、人手を介さずにボールを測定位置へ移動でき、人体の体温によるボールを含めた装置への温度変化の影響を抑制することができ測定精度向上を図ることが可能になる。また、ボールの直径測定位置の変更に際しボール毎の測定条件の均一化を図れ、個人の技量差を解消し測定データの信頼性の向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のボール径寸法自動測定装置の平面図である。
【図２】図２は本発明のボール径寸法自動測定装置の側面図である。
【図３】図３は本発明のボール径寸法自動測定装置の測定部の詳細図である。
【図４】図４は本発明のボール径寸法自動測定装置の位相変更部の詳細図である。
【図５】図５は本発明のボール径寸法自動測定装置のマスターボールセット部の詳細図である。
【図６】図６はマスター格納板から切出し板へのボールの移行状況を示すマスターボールセット部の詳細図である。
【図７】図７は本発明のボール径寸法自動測定装置の測定結果例である。
【図８】図８は本発明のボール径寸法自動測定装置の全体構成のブロック図である。
【符号の説明】
３        切出し板
３ａ      ボール保持孔
５        被測定用ボール
６        測定台
７        測定子
７ａ      測定子支持部
９        センサーリフトシリンダー
１０        変位センサー
１０ａ      コア
１１        ドリフト補償用測定系
１３        スライダー
１６        マスターボール
１７        マスター格納板
１７ａ      シリンダー挿入口
１８        前進シリンダー
１９        上昇シリンダー
３４        ベース
３８        ドリフト補償用ボール
４１        測定系
【図１】
0003952098.tif 000004
【図２】
0003952098.tif 000005
【図３】
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【図４】
0003952098.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003952098.tif 000011