円筒状ワークの寸法測定装置及び円筒状ワークの寸法取得方法
【課題】一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークにおけるこれら大径部及び小径部の外径寸法を、コストを抑えながら迅速かつ正確に取得することが可能な円筒状ワークの寸法測定装置を提供する。
【解決手段】一端に大径部２を有し他端に小径部３を有する円筒状ワークＷの寸法測定装置１００において、円筒状ワークＷの大径部２の外周面に当接するように一対が設けられ、それぞれ大径部２の外周面の接線ｌ，ｌに沿って延びる位置決めバー５１，５１と、接線ｌ，ｌの交点を通り円筒状ワークＷの中心軸線Ｏと平行をなす軸線を基準軸Ｐとして、該基準軸Ｐから大径部２の外周面までの距離を測定する第一測定部と、Ｐ基準軸から小径部３の外周面までの距離を測定する第二測定部とを設ける。
【解決手段】一端に大径部２を有し他端に小径部３を有する円筒状ワークＷの寸法測定装置１００において、円筒状ワークＷの大径部２の外周面に当接するように一対が設けられ、それぞれ大径部２の外周面の接線ｌ，ｌに沿って延びる位置決めバー５１，５１と、接線ｌ，ｌの交点を通り円筒状ワークＷの中心軸線Ｏと平行をなす軸線を基準軸Ｐとして、該基準軸Ｐから大径部２の外周面までの距離を測定する第一測定部と、Ｐ基準軸から小径部３の外周面までの距離を測定する第二測定部とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば航空機のタービンエンジンにおけるタービンケース（リングケース）を製造する際に用いられる円筒状ワークの寸法測定装置、並びに該円筒状ワークの寸法取得方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述した航空機のタービンエンジンに用いられるタービンケースは、一端側の外径が大径とされ他端側の外径が小径とされた円筒状をなしている。
このタービンケースを製造する際には、溶融金属に鋳造加工を施した後、鍛造プレスによる鍛造加工を施し、次いで高温状態を維持した状態でリングローリングミルを用いた圧延加工を施すことにより、上記のように一端側と他端側とで外径寸法の異なる円筒状ワークを成形する。
【０００３】
ここで、最終製品としてのタービンケースは鍛造、圧延成形により製造される製品として非常に大型であるため、一度の鍛造、圧延加工では所望の形状を得ることが難しい。そこで、鍛造、圧延加工により成形された円筒状ワークに対して大径部及び小径部の外径寸法の測定を施し、この測定結果に基づいて条件を調整した上で再度鍛造、圧延加工を施すことにより、所望の形状の円筒状ワークを得ることとしている。
【０００４】
なお、上記円筒状ワークの測定は、作業者のノギスを用いた実測によって行われている。また、この他、例えば特許文献１には、撮像装置によるワークの撮像を介して該ワークの位置決めを行った後、撮像装置のレンズ中心とワークとの距離を計測し、この計測値に基づいてワークの直径を演算する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、作業者がノギスを用いて円筒状ワークの寸法測定を行なう場合、高温状態で鍛造、圧延加工を施した円筒状ワークの輻射熱が大きいことから、作業者の危険性を回避すべく防熱対策を万全に施す必要があり、その分だけコストが上昇してしまう。
さらに、この輻射熱の下、大型のノギスを用いて大径部及び小径部のそれぞれを両側から挟みこむ作業を行う必要があるため、作業者に酷暑環境下での煩雑な作業を強いることになり、迅速かつ正確な測定を行なうことが困難であった。
【０００７】
正確な寸法を得ることができなければ、再度の鍛造、圧延加工の条件を適切に設定することができず、所望の形状の最終製品を得ることができなくなってしまう。また、寸法測定に時間がかかり円筒状ワークが冷えてしまえば、加熱作業を再度施す必要があるため、生産性が低下してしまう。
【０００８】
一方、特許文献１に記載のように撮像装置を用いる場合、精密機器を使用するため、コストの上昇は避けられず、経済性の観点から好ましくない。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークにおけるこれら大径部及び小径部の外径寸法を、コストを抑えながら迅速かつ正確に取得することが可能な円筒状ワークの寸法測定装置、及び、円筒状ワークの寸法取得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】
上記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係る円筒状ワークの寸法測定装置は、一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークの寸法測定装置であって、前記円筒状ワークの大径部の外周面に当接するように一対が設けられ、それぞれ前記大径部の外周面の接線に沿って延びる位置決め部と、前記接線の交点を通り前記円筒状ワークの中心軸線と平行をなす軸線を基準軸として、該基準軸から前記大径部の外周面までの距離を測定する第一測定部と、前記基準軸から前記小径部の外周面までの距離を測定する第二測定部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
このような特徴の円筒状ワークの寸法測定装置においては、円筒状ワークを一対の位置決め部によって位置決め・固定した状態で、第一測定部により基準軸から大径部の外周面までの距離の測定が行われ、さらに第二測定部によって基準軸から小径部の外周面までの距離の測定が行われる。そして、これら測定した距離と位置決め部が沿う一対の接線との幾何学的関係を用いることにより、大径部及び小径部のそれぞれの半径寸法を取得することができる。
このように本発明によれば、基準軸から大径部及び小径部までの距離を測定しさえすればこれら大径部及び小径部それぞれの半径寸法を取得することができるため、円筒状ワークの測定作業を容易かつ迅速に行なうことができる。また、測定作業は第一測定部及び第二測定部により行なわれるため、作業者が円筒状ワークに近接する必要はなく、作業者の酷暑環境下での作業を回避することができ、輻射熱による危険性も回避することができる。
さらに、位置決め部が円筒状ワークに直接的に当接することで該円筒状ワークの位置決めを行なうため、例えば撮像装置等の精密機器を使用して位置決めする場合に比べて、コストを大幅に低減することができる。
【００１２】
また、本発明に係る円筒状ワークの寸法測定装置においては、前記第一測定部が、前記一対の接線がなす角の二等分線上を進退可能とされた第一シリンダセンサを備え、前記第二測定部が、前記二等分線上を進退可能とされた第二シリンダセンサを備えていることが好ましい。
【００１３】
これにより、基準軸から大径部及び小径部のそれぞれの外周面までの距離を容易かつ確実に測定することができる。また、第一測定部及び第二測定部として例えばレーザー距離測定器等の精密機器を用いる場合に比べて、コストの低減を図ることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る円筒状ワークの寸法測定装置は、前記円筒状ワークの前記中心軸線方向の高さを測定する第三測定部を備えることが好ましい。
【００１５】
ここで、上記のような両端に大径部又は小径部を有する円筒状ワークに加工を施して所望の形状の最終製品を得るためには、円筒状ワークの高さｈの値、及び、円筒状ワークの一端の外周稜線と他端の外周稜線とを含む仮想テーパ面の傾斜角度の値と取得し、これら値を再度の鍛造、圧延加工に反映することが重要な要素となる。
この点、本発明によれば、第三測定部により円筒状ワークの高さを容易に測定することができるとともにこの高さの値と大径部及び小径部のそれぞれの半径の値との幾何学的関係により、容易に上記仮想テーパ面の傾斜角度を算出することができる。そして、上記高さ及び傾斜角度を次工程に反映することで、より寸法精度の高い最終製品を得ることができる。
【００１６】
一方、本発明に係る円筒状ワークの寸法取得方法は、一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークの寸法取得方法であって、前記大径部の外周面における一対の接線の交点を通るとともに前記円筒状ワークの中心軸線と平行をなす軸線を基準軸とし、前記一対の接線がなす角２θの二等分線上における前記基準軸から前記大径部の外周面までの距離ｄ１を測定し、前記二等分線に平行な前記基準軸から前記小径部の外周面までの距離ｄ２を測定し、下記（１）式及び（２）式を用いて、前記大径部の半径ｒ１及び前記小径部の半径ｒ２を算出することを特徴とする。
【数１】
【数２】
【００１７】
このような特徴の円筒状ワークの寸法取得方法においては、上記式を用いることで、基準点から大径部の外周面までの距離ｄ１と小径部までの距離ｄ２とから、容易に大径部の半径ｒ１及び小径部の半径ｒ２の値を算出することができる。したがって、基準点から外周面までの距離を当該外周面の外側から測定しさえすればよいため、円筒状ワークの測定作業を容易かつ迅速に行なうことができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る円筒状ワークの寸法取得方法は、前記円筒状ワークの前記中心軸線方向の高さｈを測定し、下記（３）式を用いて、前記円筒状ワークの一端の外周稜線と他端の外周稜線とを含む仮想テーパ面の前記中心軸線に直交する平面を基準とした傾斜角φを算出することを特徴とする。
【数３】
【００１９】
このような特徴の円筒状ワークの寸法取得方法においては、上記式を用いることで、円筒状ワークの高さｈ、大径部の半径ｒ１及び小径部の半径ｒ２から容易に上記仮想テーパ面の傾斜角φを得ることができる。そして、この傾斜角φを次工程に反映することで、より寸法精度の高い最終製品を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の円筒状ワークの寸法測定装置及び寸法取得方法によれば、円筒状ワークの大径部の接線の交点を通る基準軸からの大径部及び小径部それぞれに対する距離を測定し、これら距離と円筒状ワークの幾何学的関係を用いることにより、大径部及び小径部の外径寸法をコストを抑えながら迅速かつ正確に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る寸法測定装置の平面図である。
【図２】実施形態に係る寸法測定装置の側面図である。
【図３】実施形態に係る寸法測定装置の背面図である。
【図４】寸法測定装置の測定対象となる円筒状ワークの斜視図である。
【図５】寸法測定装置の測定対象となる円筒状ワークの縦断面図である。
【図６】寸法測定装置に固定された円筒状ワークの平面視における幾何学的関係を説明する模式図である。
【図７】寸法測定装置に固定された円筒状ワークの側面視における幾何学的関係を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に本発明に係る実施形態の円筒状ワークの寸法測定装置及び寸法取得方法について図１から図７を参照して詳細に説明する。
図１〜図３に示す寸法測定装置１００は、円筒状ワークＷの各種寸法を取得するために使用される。この寸法測定装置１００の測定対象となる円筒状ワークＷは、例えば航空機のタービンエンジンに用いられるタービンケースの製造工程における中間体であって、図４及び図５に示すように、鉛直方向を向く中心軸線Ｏに沿って延在する略円筒形状をなしている。
【００２３】
この円筒状ワークＷの下端側（一端側）の外周面は上端側（他端側）の外周面に比べて大径に形成されており、この下端における大径のリング状部分が大径部２とされ、上端における小径のリング状部分が小径部３とされている。円筒状ワークＷにおけるこれら大径部２と小径部３との間の外周面は、中心軸線Ｏ方向に湾曲しながら大径部２と小径部３とを滑らかに接続する外周曲面４とされている。なお、この円筒状ワークＷの厚みは、図５に示すように、大径部２、小径部３及び外周曲面４にわたって略均一とされている。
【００２４】
このような形状の円筒状ワークＷは、溶融金属に鋳造加工を施すことで得たインゴットに鍛造プレスによる鍛造加工を施して円筒体を成形し、次いでこの円筒体に対して高温状態を維持しながらリングローリングミルによる圧延加工を施すことにより成形される。この一連の成形工程を施したのみでは所望の寸法形状の最終製品を得ることはできず、円筒状ワークＷの各種寸法を取得した結果に基づき条件を設定した上で、当該円筒状ワークＷに再度の成形工程を施すことが必要になる。
【００２５】
この際、取得すべき寸法としては、図５に示すように、大径部２の半径ｒ１、小径部３の半径ｒ２、高さ（中心軸線Ｏ方向の寸法）ｈ、円筒状ワークＷの一端の外周稜線と他端の外周稜線とを含む仮想テーパ面Ｔにおける円筒状ワークＷの下端面あるいは上端面（中心軸線Ｏに直交する平面）に対してなす傾斜角度φが挙げられる。本実施形態の寸法測定装置１００は、これら各種寸法を取得するために使用される。
【００２６】
次に寸法測定装置１００の構成について説明する。この寸法測定装置１００は、図１〜図３に示すように、装置本体４０と、該装置本体４０に設けられた第一測定部１０、第二測定部２０及び第三測定部３０と、装置本体４０の正面側（図１、図２における右側）に設けられたワーク固定部５０とを備えた概略構成とされている。
【００２７】
装置本体４０は、床面Ｆに配置される外形略直方体状の枠体であって、平面視においては、図１に示すように、正面側から背面側（図１における左側）に延びる中心線ｋに沿った略矩形状をなしている。この装置本体４０の下部には、図２及び図３に示すように、水平面と平行に配置された矩形板状をなすベース板４１が配置されており、該ベース板４１の上面四隅には上方に向かって延びる支柱４２がそれぞれ固定されている。これら４つの支柱の上端には、矩形枠状をなす上部枠体４３が一体に設けられている。
【００２８】
また、図１に示すように、上部枠体４３の内側には、中心線ｋに直交する方向にわたって配置された一対の桁部４４，４４が中心線ｋ方向に離間して配置されており、桁部４４，４４におけるその延在方向一方側（図１における上側）の部分には、図２及び図３に示すように、上下方向に延びて下端がベース板４１に固定されたガイドバー４５，４５の上端がそれぞれ固定されている。
さらに、図１に示すように、上部枠体４３の中心線ｋ方向の中央における該中心線ｋに直交する方向の一方側には、後述する第三測定部３０の第三シリンダセンサ３２を固定取り付けするための取付部４６が設けられている。
【００２９】
第一測定部１０は、図２及び図３に示すように、装置本体４０の最下部、即ち、ベース板４１の下方に固定されており、ベース板４１に取り付けられたセンサ支持部材１２上に第一シリンダセンサ１１が設けられることで構成されている。
【００３０】
この第一シリンダセンサ１１は、図１に示す中心線ｋに沿って延在するように配置されており、該中心線ｋに沿って進退可能とされたロッド１１ａを備えている。このロッド１１ａは装置本体４０の前面よりもさらに正面側に突出可能とされており、ロッド１１ａ先端が測定対象に当接した際におけるロッド１１ａのストロークの値から当該測定対象までの距離を検出する。
本実施形態においては、この第一シリンダセンサ１１におけるロッド１１ａが、床面Ｆ上に設置された円筒状ワークＷの大径部２外周面に当接可能とされている。
【００３１】
第二測定部２０は、図２及び図３に示すように、装置本体４０内にて後述する第三測定部３０における高さ測定バー３３に一体に設けられており、高さ測定バー３３の下部に取り付けられたセンサ支持部材２２上に第二シリンダセンサ２１が設けられることで構成されている。
【００３２】
この第二シリンダセンサ２１は、第一シリンダセンサ１１と同様、中心線ｋに沿って配置されており、この中心線ｋに沿って水平方向に進退可能とされたロッド２１ａを備えている。このロッド２１ａは装置本体４０の前面よりもさらに正面側に突出可能とされており、ロッド１１ａ先端が測定対象に当接した際におけるロッド１１ａのストロークから当該測定対象までの距離を検出する。
本実施形態においては、この第二シリンダセンサ２１におけるロッド２１ａが床面Ｆ上に設置された円筒状ワークＷの小径部３外周面に当接可能とされている。
【００３３】
なお、この第二測定部２０は、第三測定部３０の高さ測定バー３３に一体に設けられていることにより、該高さ測定バー３３の上下移動に伴って装置本体４０内における上下位置が変位可能とされている。そして、高さ測定バー３３の先端部３３ａが円筒状ワークＷの上端に当接した際に、第二測定部２０の上下方向位置が円筒状ワークＷの小径部３と一致し、これによって第二シリンダセンサ２１のロッド２１ａが小径部３外周面に当接可能とされる。
【００３４】
第三測定部３０は、図１〜図３に示すように、被ガイド部材３１と、第三シリンダセンサ３２と、高さ測定バー３３とを備えている。
被ガイド部材３１は、中心線ｋに平行に延びる部材であって、上下方向に貫通して形成された一対の貫通孔（図示省略）を備えている。これら貫通孔にはガイドバー４５，４５が挿通しており、これによって、被ガイド部材３１は、ガイドバー４５，４５に案内されるようにして上下方向にスライド移動可能とされている。
【００３５】
第三シリンダセンサ３２は、上下方向に延びるように上記取付部４６上に配置されており、その下端側に上下方向に進退可能とされたロッド３２ａを備えている。なお、取付部４６には上下方向に貫通するロッド挿通孔（図示省略）が形成されており、このロッド貫通孔をロッド３２ａが挿通することで、第三シリンダセンサ３２の下端側から装置本体４０の内部に向かってロッド３２ａが突出可能とされている。この第三シリンダセンサ３２のロッド３２ａ先端は上記被ガイド部材３１に連結されており、これによって、ロッド３２ａの進退に伴って被ガイド部材３１がガイドバー４５，４５に沿って上下移動可能とされている。
【００３６】
高さ測定バー３３は、図１及び図２に示すように、中心線ｋに沿って水平方向に延びる角柱状の部材であって、被ガイド部材３１の側方に一体に固定されている。この高さ測定バー３３の先端部３３ａは装置本体４０の前面よりもさらに正面側に突出しており、この先端部３３ａの下面が測定対象となる円筒状ワークＷの上端に当接するようになっている。
このように高さ測定バー３３が円筒状ワークＷの上端に当接した際におけるロッド３２ａのストロークから、円筒状ワークＷの高さｈが測定される。
【００３７】
ワーク固定部５０は、上記のように装置本体４０に取り付けられた第一測定部１０、第二測定部２０及び第三測定部３０の測定対象となる円筒状ワークＷを位置決め固定する役割を有しており、図１に示すように、装置本体４０の前面側に取り付けられた一対の位置決めバー５１，５１を備えている。
【００３８】
位置決めバー５１，５１は、それぞれ水平面に沿って延びるバー状をなしており、その基端部は装置本体４０前面における下部に固定されている。さらに、これら位置決めバー５１，５１は、図１に示すように、平面視にて装置本体４０の前面から正面側に向かうに従って互いに離間するように配置されており、即ち、位置決めバー５１，５１は平面視においてその延在方向が中心線ｋに対して所定の角度θをなして傾斜するように配置されている。なお、本実施形態においては、この角度θは４５°に設定されており、一対の位置決めバー５１，５１は９０°の角度をなして交差している。
【００３９】
このように配置された一対の位置決めバー５１，５１においては、図１に示すように、互いに対向する当接面５１ａ，５１ａが円筒状ワークＷの大径部２外周面にそれぞれ当接する。この際、中心線ｋが円筒状ワークＷの中心軸線Ｏを通過するとともに当接面５１ａ，５１ａの延在方向が大径部２の外周面の接線ｌ，ｌと一致し、さらに、中心線ｋが接線ｌ，ｌのなす角２θの二等分線に一致する。したがって、中心線ｋに沿って進退可能とされた第一シリンダセンサ１１及び第二シリンダセンサ２１は、接線ｌ，ｌの二等分線上を進退することになる。
【００４０】
なお、これら一対の位置決めバー５１，５１の上面には、図１及び図２に示すように、上方に向かって装置本体４０の高さまで延在する枠体５２，５２が設けられている。これにより、円筒状ワークＷを一対の位置決めバー５１，５１の間に配置された際における作業者の安全を担保している。
また、図１に示すように、位置決めバー５１，５１の下部及び装置本体４０の下部にはそれぞれ車輪６０が設けられており、これにより、寸法測定装置１００を任意に移動することができるようになっている。
【００４１】
ここで、上記構成の寸法測定装置１００においては、図１及び図２に示すように、一対の位置決めバー５１，５１の当接面５１ａ，５１ａの延長線の交点、即ち、上記接線ｌ，ｌの交点を通り、かつ、円筒状ワークＷの中心軸線Ｏと平行な軸線が、基準軸Ｐとされている。そして、第一測定部１０における第一シリンダセンサ１１及び第二測定部２０における第二シリンダセンサ２１はそれぞれ基準軸Ｐからの大径部２及び小径部３までの距離を測定する。
【００４２】
次に、寸法測定装置１００による円筒状ワークＷの測定方法について説明する。
まず、鍛造、圧延加工により成形した円筒状ワークＷを床面Ｆ上に配置し、ワーク固定部５０における一対の位置決めバー５１，５１により円筒状ワークＷを挟み込むようにして、これら位置決めバー５１，５１を大径部２にそれぞれ当接させる。これによって、円筒状ワークＷと寸法測定装置１００との相対位置が位置決めされ、位置決めバー５１，５１の延在方向が大径部２の接線ｌ，ｌに一致する。この際の円筒状ワークＷ、接線ｌ，ｌ及び基準軸Ｐの平面視における幾何学的関係は図６に示すようになる。
【００４３】
そして、図７に示すように、第三シリンダセンサ３２のロッド３２ａを突出させることで高さ測定バー３３を下方に変位させ、この高さ測定バー３３の先端部３３ａ下面が円筒状ワークＷの上端に当接することにより、該円筒状ワークＷの高さｈが検出される。
なお、このように高さ測定バー３３が円筒状ワークＷ上端に当接した状態においては、円筒状ワークＷの小径部３と第二シリンダセンサ２１の上下方向位置が一致する。
【００４４】
次いで、第一シリンダセンサ１１のロッド１１ａ及び第二シリンダセンサ２１のロッド２１ａを突出させて、これらロッド１１ａ及びロッド２１ａの先端を大径部２又は小径部３の外周面に当接させる。これにより、図６及び図７に示す基準軸Ｐから大径部２外周面までの距離ｄ１（以下、第一検出距離ｄ１と称する）及び基準軸Ｐから小径部３外周面までの距離ｄ２（以下、第二検出距離ｄ２と称する）が検出される。
【００４５】
このようにして、寸法測定装置１００においては、第一検出距離ｄ１、第二検出距離ｄ２及び高さｈの３つの値を測定することができる。そして、これら値から、大径部２の半径ｒ１、小径部３の半径ｒ２及び仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φの寸法をそれぞれ算出することにより取得する。以下、これら寸法の取得方法について説明する。
【００４６】
まず、大径部２の半径ｒ１の取得方法について説明する。
図６に示す幾何学的関係において、基準軸Ｐと中心軸線Ｏとの距離ｄ１＋ｒ１、大径部２の半径ｒ１に着目すると、下記（４）式が成立する。
【数４】
そして、この（４）式を整理すると、大径部の半径ｒ１は、下記（５）式で表される。
【数５】
この（５）式により、第一検出距離ｄ１から大径部２の半径ｒ１を算出することができる。特に本実施形態のように、θが４５°の場合には、半径ｒ１は下記（６）式で表される。
【数６】
【００４７】
次に、小径部３の半径ｒ２の取得方法について説明する。
図６に示す幾何学的関係において、基準軸Ｐと中心軸線Ｏとの距離ｄ２＋ｒ２、大径部２の半径ｒ１に着目し、大径部２の半径ｒ１がｒ２＋（ｄ２−ｄ１）と表せることを考慮すると、下記（７）式が成立する。
【数７】
そして、この（７）式を整理すると、大径部の半径ｒ１は、下記（８）式で表される。
【数８】
この（８）式により、第二検出距離ｄ２から小径部３の半径ｒ２を算出することができる。特に本実施形態のように、θが４５°の場合には、半径ｒ２は下記（９）式で表される。
【数９】
【００４８】
続いて、仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φの取得方法について説明する。
図７に示すように、仮想テーパ面Ｔを斜辺とした直角三角形において、残りの２辺のうちの一辺を高さｈとすると、もう一辺の寸法は大径部２の半径ｒ１と小径部３の半径ｒ２との差分であるｒ１−ｒ２として表すことができる。これにより、傾斜角度φは以下の（１０）式で表すことができる。
【数１０】
【００４９】
このようにして、円筒状ワークＷにおける大径部２の半径ｒ１、小径部３の半径ｒ２、高さｈ及び仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φの各種寸法が取得され、これらの結果に基づいて条件を設定した上で、円筒状ワークＷに対して再度の成形工程が施される。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、基準軸Ｐからの大径部２及び小径部３までの距離、即ち、第一検出距離ｄ１及び第二検出距離ｄ２を測定しさえすれば、幾何学的関係によりこれら大径部２及び小径部３それぞれの半径ｒ１，ｒ２を取得することができるため、円筒状ワークＷの測定作業を容易かつ迅速に行なうことができる。
【００５１】
また、これら第一検出距離ｄ１及び第二検出距離ｄ２の測定作業は第一測定部１０及び第二測定部２０により行なわれるため、作業者の酷暑環境下での作業を回避することができ、さらに輻射熱による危険性を回避することができる。
【００５２】
さらに、ワーク固定部５０が円筒状ワークＷに当接することで該円筒状ワークＷの位置決めを行なうため、例えば撮像装置等の精密機器を使用して位置決めする場合に比べて、コストを大幅に低減することができる。
【００５３】
また、第一測定部１０が第一シリンダセンサ１１を備え、第二測定部２０が第二シリンダセンサ２２を備えていることより、これら第一シリンダセンサ１１及び第二シリンダセンサ２２の円筒状ワークＷに当接した際のストロークから第一検出距離ｄ１及び第二検出距離ｄ２を容易に測定することができる。さらに、レーザー距離測定器等の精密機器を用いる場合に比べて、コストの低減を図ることができる。
【００５４】
また、第三シリンダセンサ３２を備えた第三測定部３０により円筒状ワークＷの高さｈを容易に測定することができるとともに、この高さｈの値と大径部２及び小径部３の半径の値ｒ１，ｒ２との幾何学的関係により、容易に上記仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φを算出することができる。
【００５５】
そして、上記のように取得した大径部２の半径ｒ１、小径部３の半径ｒ２、高さｈ及び仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φの各種寸法に基づいて条件を設定した上で再度の鍛造、圧延加工を行うことにより、より寸法制度の高い所望の形状の円筒状ワークＷを得ることができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態においては、第一測定部１０及び第二測定部２０においてそれぞれ第一シリンダセンサ１１、第二シリンダセンサ１２を採用したが、これに限定されることなく、他の変位計を採用してもよい。
また、上記接線ｌ，ｌのなす角度２θ、即ち、一対の位置決めバー５１，５１のなす角度２θは、９０°に限定されることなく、任意の角度に設定することが可能である。
【００５７】
さらに、実施形態においては、円筒状ワークＷとして大径部２と小径部３とが外周曲面により接続されている例について説明したが、これに限定されることはなく、大径部２と小径部３とがテーパ状の外周面によって接続されているものであってもよいし、あるいは段状をなす外周面によって接続されているものであってもよい。即ち、本実施形態の寸法測定装置１００は、いかなる形状の円筒状ワークＷにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
２ 大径部
３ 小径部
１０ 第一測定部
１１ 第一シリンダセンサ
２０ 第二測定部
２１ 第二シリンダセンサ
３０ 第三測定部
３２ 第三シリンダセンサ
３３ 高さ測定バー
４０ 装置本体
５０ ワーク固定部
５１ 位置決めバー（位置決め部）
１００ 寸法測定装置
Ｗ 円筒状ワーク
Ｏ 中心軸線
ｒ１ 大径部の半径
ｒ２ 小径部の半径
ｈ 高さ
ｋ 中心線
Ｐ 基準軸
ｄ１ 第一検出距離
ｄ２ 第二検出距離
ｌ 接線
θ 接線のなす角度
Ｔ 仮想テーパ面
φ 仮想テーパ面の傾斜角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば航空機のタービンエンジンにおけるタービンケース（リングケース）を製造する際に用いられる円筒状ワークの寸法測定装置、並びに該円筒状ワークの寸法取得方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述した航空機のタービンエンジンに用いられるタービンケースは、一端側の外径が大径とされ他端側の外径が小径とされた円筒状をなしている。
このタービンケースを製造する際には、溶融金属に鋳造加工を施した後、鍛造プレスによる鍛造加工を施し、次いで高温状態を維持した状態でリングローリングミルを用いた圧延加工を施すことにより、上記のように一端側と他端側とで外径寸法の異なる円筒状ワークを成形する。
【０００３】
ここで、最終製品としてのタービンケースは鍛造、圧延成形により製造される製品として非常に大型であるため、一度の鍛造、圧延加工では所望の形状を得ることが難しい。そこで、鍛造、圧延加工により成形された円筒状ワークに対して大径部及び小径部の外径寸法の測定を施し、この測定結果に基づいて条件を調整した上で再度鍛造、圧延加工を施すことにより、所望の形状の円筒状ワークを得ることとしている。
【０００４】
なお、上記円筒状ワークの測定は、作業者のノギスを用いた実測によって行われている。また、この他、例えば特許文献１には、撮像装置によるワークの撮像を介して該ワークの位置決めを行った後、撮像装置のレンズ中心とワークとの距離を計測し、この計測値に基づいてワークの直径を演算する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、作業者がノギスを用いて円筒状ワークの寸法測定を行なう場合、高温状態で鍛造、圧延加工を施した円筒状ワークの輻射熱が大きいことから、作業者の危険性を回避すべく防熱対策を万全に施す必要があり、その分だけコストが上昇してしまう。
さらに、この輻射熱の下、大型のノギスを用いて大径部及び小径部のそれぞれを両側から挟みこむ作業を行う必要があるため、作業者に酷暑環境下での煩雑な作業を強いることになり、迅速かつ正確な測定を行なうことが困難であった。
【０００７】
正確な寸法を得ることができなければ、再度の鍛造、圧延加工の条件を適切に設定することができず、所望の形状の最終製品を得ることができなくなってしまう。また、寸法測定に時間がかかり円筒状ワークが冷えてしまえば、加熱作業を再度施す必要があるため、生産性が低下してしまう。
【０００８】
一方、特許文献１に記載のように撮像装置を用いる場合、精密機器を使用するため、コストの上昇は避けられず、経済性の観点から好ましくない。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークにおけるこれら大径部及び小径部の外径寸法を、コストを抑えながら迅速かつ正確に取得することが可能な円筒状ワークの寸法測定装置、及び、円筒状ワークの寸法取得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】
上記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係る円筒状ワークの寸法測定装置は、一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークの寸法測定装置であって、前記円筒状ワークの大径部の外周面に当接するように一対が設けられ、それぞれ前記大径部の外周面の接線に沿って延びる位置決め部と、前記接線の交点を通り前記円筒状ワークの中心軸線と平行をなす軸線を基準軸として、該基準軸から前記大径部の外周面までの距離を測定する第一測定部と、前記基準軸から前記小径部の外周面までの距離を測定する第二測定部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
このような特徴の円筒状ワークの寸法測定装置においては、円筒状ワークを一対の位置決め部によって位置決め・固定した状態で、第一測定部により基準軸から大径部の外周面までの距離の測定が行われ、さらに第二測定部によって基準軸から小径部の外周面までの距離の測定が行われる。そして、これら測定した距離と位置決め部が沿う一対の接線との幾何学的関係を用いることにより、大径部及び小径部のそれぞれの半径寸法を取得することができる。
このように本発明によれば、基準軸から大径部及び小径部までの距離を測定しさえすればこれら大径部及び小径部それぞれの半径寸法を取得することができるため、円筒状ワークの測定作業を容易かつ迅速に行なうことができる。また、測定作業は第一測定部及び第二測定部により行なわれるため、作業者が円筒状ワークに近接する必要はなく、作業者の酷暑環境下での作業を回避することができ、輻射熱による危険性も回避することができる。
さらに、位置決め部が円筒状ワークに直接的に当接することで該円筒状ワークの位置決めを行なうため、例えば撮像装置等の精密機器を使用して位置決めする場合に比べて、コストを大幅に低減することができる。
【００１２】
また、本発明に係る円筒状ワークの寸法測定装置においては、前記第一測定部が、前記一対の接線がなす角の二等分線上を進退可能とされた第一シリンダセンサを備え、前記第二測定部が、前記二等分線上を進退可能とされた第二シリンダセンサを備えていることが好ましい。
【００１３】
これにより、基準軸から大径部及び小径部のそれぞれの外周面までの距離を容易かつ確実に測定することができる。また、第一測定部及び第二測定部として例えばレーザー距離測定器等の精密機器を用いる場合に比べて、コストの低減を図ることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る円筒状ワークの寸法測定装置は、前記円筒状ワークの前記中心軸線方向の高さを測定する第三測定部を備えることが好ましい。
【００１５】
ここで、上記のような両端に大径部又は小径部を有する円筒状ワークに加工を施して所望の形状の最終製品を得るためには、円筒状ワークの高さｈの値、及び、円筒状ワークの一端の外周稜線と他端の外周稜線とを含む仮想テーパ面の傾斜角度の値と取得し、これら値を再度の鍛造、圧延加工に反映することが重要な要素となる。
この点、本発明によれば、第三測定部により円筒状ワークの高さを容易に測定することができるとともにこの高さの値と大径部及び小径部のそれぞれの半径の値との幾何学的関係により、容易に上記仮想テーパ面の傾斜角度を算出することができる。そして、上記高さ及び傾斜角度を次工程に反映することで、より寸法精度の高い最終製品を得ることができる。
【００１６】
一方、本発明に係る円筒状ワークの寸法取得方法は、一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークの寸法取得方法であって、前記大径部の外周面における一対の接線の交点を通るとともに前記円筒状ワークの中心軸線と平行をなす軸線を基準軸とし、前記一対の接線がなす角２θの二等分線上における前記基準軸から前記大径部の外周面までの距離ｄ１を測定し、前記二等分線に平行な前記基準軸から前記小径部の外周面までの距離ｄ２を測定し、下記（１）式及び（２）式を用いて、前記大径部の半径ｒ１及び前記小径部の半径ｒ２を算出することを特徴とする。
【数１】
【数２】
【００１７】
このような特徴の円筒状ワークの寸法取得方法においては、上記式を用いることで、基準点から大径部の外周面までの距離ｄ１と小径部までの距離ｄ２とから、容易に大径部の半径ｒ１及び小径部の半径ｒ２の値を算出することができる。したがって、基準点から外周面までの距離を当該外周面の外側から測定しさえすればよいため、円筒状ワークの測定作業を容易かつ迅速に行なうことができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る円筒状ワークの寸法取得方法は、前記円筒状ワークの前記中心軸線方向の高さｈを測定し、下記（３）式を用いて、前記円筒状ワークの一端の外周稜線と他端の外周稜線とを含む仮想テーパ面の前記中心軸線に直交する平面を基準とした傾斜角φを算出することを特徴とする。
【数３】
【００１９】
このような特徴の円筒状ワークの寸法取得方法においては、上記式を用いることで、円筒状ワークの高さｈ、大径部の半径ｒ１及び小径部の半径ｒ２から容易に上記仮想テーパ面の傾斜角φを得ることができる。そして、この傾斜角φを次工程に反映することで、より寸法精度の高い最終製品を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の円筒状ワークの寸法測定装置及び寸法取得方法によれば、円筒状ワークの大径部の接線の交点を通る基準軸からの大径部及び小径部それぞれに対する距離を測定し、これら距離と円筒状ワークの幾何学的関係を用いることにより、大径部及び小径部の外径寸法をコストを抑えながら迅速かつ正確に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る寸法測定装置の平面図である。
【図２】実施形態に係る寸法測定装置の側面図である。
【図３】実施形態に係る寸法測定装置の背面図である。
【図４】寸法測定装置の測定対象となる円筒状ワークの斜視図である。
【図５】寸法測定装置の測定対象となる円筒状ワークの縦断面図である。
【図６】寸法測定装置に固定された円筒状ワークの平面視における幾何学的関係を説明する模式図である。
【図７】寸法測定装置に固定された円筒状ワークの側面視における幾何学的関係を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に本発明に係る実施形態の円筒状ワークの寸法測定装置及び寸法取得方法について図１から図７を参照して詳細に説明する。
図１〜図３に示す寸法測定装置１００は、円筒状ワークＷの各種寸法を取得するために使用される。この寸法測定装置１００の測定対象となる円筒状ワークＷは、例えば航空機のタービンエンジンに用いられるタービンケースの製造工程における中間体であって、図４及び図５に示すように、鉛直方向を向く中心軸線Ｏに沿って延在する略円筒形状をなしている。
【００２３】
この円筒状ワークＷの下端側（一端側）の外周面は上端側（他端側）の外周面に比べて大径に形成されており、この下端における大径のリング状部分が大径部２とされ、上端における小径のリング状部分が小径部３とされている。円筒状ワークＷにおけるこれら大径部２と小径部３との間の外周面は、中心軸線Ｏ方向に湾曲しながら大径部２と小径部３とを滑らかに接続する外周曲面４とされている。なお、この円筒状ワークＷの厚みは、図５に示すように、大径部２、小径部３及び外周曲面４にわたって略均一とされている。
【００２４】
このような形状の円筒状ワークＷは、溶融金属に鋳造加工を施すことで得たインゴットに鍛造プレスによる鍛造加工を施して円筒体を成形し、次いでこの円筒体に対して高温状態を維持しながらリングローリングミルによる圧延加工を施すことにより成形される。この一連の成形工程を施したのみでは所望の寸法形状の最終製品を得ることはできず、円筒状ワークＷの各種寸法を取得した結果に基づき条件を設定した上で、当該円筒状ワークＷに再度の成形工程を施すことが必要になる。
【００２５】
この際、取得すべき寸法としては、図５に示すように、大径部２の半径ｒ１、小径部３の半径ｒ２、高さ（中心軸線Ｏ方向の寸法）ｈ、円筒状ワークＷの一端の外周稜線と他端の外周稜線とを含む仮想テーパ面Ｔにおける円筒状ワークＷの下端面あるいは上端面（中心軸線Ｏに直交する平面）に対してなす傾斜角度φが挙げられる。本実施形態の寸法測定装置１００は、これら各種寸法を取得するために使用される。
【００２６】
次に寸法測定装置１００の構成について説明する。この寸法測定装置１００は、図１〜図３に示すように、装置本体４０と、該装置本体４０に設けられた第一測定部１０、第二測定部２０及び第三測定部３０と、装置本体４０の正面側（図１、図２における右側）に設けられたワーク固定部５０とを備えた概略構成とされている。
【００２７】
装置本体４０は、床面Ｆに配置される外形略直方体状の枠体であって、平面視においては、図１に示すように、正面側から背面側（図１における左側）に延びる中心線ｋに沿った略矩形状をなしている。この装置本体４０の下部には、図２及び図３に示すように、水平面と平行に配置された矩形板状をなすベース板４１が配置されており、該ベース板４１の上面四隅には上方に向かって延びる支柱４２がそれぞれ固定されている。これら４つの支柱の上端には、矩形枠状をなす上部枠体４３が一体に設けられている。
【００２８】
また、図１に示すように、上部枠体４３の内側には、中心線ｋに直交する方向にわたって配置された一対の桁部４４，４４が中心線ｋ方向に離間して配置されており、桁部４４，４４におけるその延在方向一方側（図１における上側）の部分には、図２及び図３に示すように、上下方向に延びて下端がベース板４１に固定されたガイドバー４５，４５の上端がそれぞれ固定されている。
さらに、図１に示すように、上部枠体４３の中心線ｋ方向の中央における該中心線ｋに直交する方向の一方側には、後述する第三測定部３０の第三シリンダセンサ３２を固定取り付けするための取付部４６が設けられている。
【００２９】
第一測定部１０は、図２及び図３に示すように、装置本体４０の最下部、即ち、ベース板４１の下方に固定されており、ベース板４１に取り付けられたセンサ支持部材１２上に第一シリンダセンサ１１が設けられることで構成されている。
【００３０】
この第一シリンダセンサ１１は、図１に示す中心線ｋに沿って延在するように配置されており、該中心線ｋに沿って進退可能とされたロッド１１ａを備えている。このロッド１１ａは装置本体４０の前面よりもさらに正面側に突出可能とされており、ロッド１１ａ先端が測定対象に当接した際におけるロッド１１ａのストロークの値から当該測定対象までの距離を検出する。
本実施形態においては、この第一シリンダセンサ１１におけるロッド１１ａが、床面Ｆ上に設置された円筒状ワークＷの大径部２外周面に当接可能とされている。
【００３１】
第二測定部２０は、図２及び図３に示すように、装置本体４０内にて後述する第三測定部３０における高さ測定バー３３に一体に設けられており、高さ測定バー３３の下部に取り付けられたセンサ支持部材２２上に第二シリンダセンサ２１が設けられることで構成されている。
【００３２】
この第二シリンダセンサ２１は、第一シリンダセンサ１１と同様、中心線ｋに沿って配置されており、この中心線ｋに沿って水平方向に進退可能とされたロッド２１ａを備えている。このロッド２１ａは装置本体４０の前面よりもさらに正面側に突出可能とされており、ロッド１１ａ先端が測定対象に当接した際におけるロッド１１ａのストロークから当該測定対象までの距離を検出する。
本実施形態においては、この第二シリンダセンサ２１におけるロッド２１ａが床面Ｆ上に設置された円筒状ワークＷの小径部３外周面に当接可能とされている。
【００３３】
なお、この第二測定部２０は、第三測定部３０の高さ測定バー３３に一体に設けられていることにより、該高さ測定バー３３の上下移動に伴って装置本体４０内における上下位置が変位可能とされている。そして、高さ測定バー３３の先端部３３ａが円筒状ワークＷの上端に当接した際に、第二測定部２０の上下方向位置が円筒状ワークＷの小径部３と一致し、これによって第二シリンダセンサ２１のロッド２１ａが小径部３外周面に当接可能とされる。
【００３４】
第三測定部３０は、図１〜図３に示すように、被ガイド部材３１と、第三シリンダセンサ３２と、高さ測定バー３３とを備えている。
被ガイド部材３１は、中心線ｋに平行に延びる部材であって、上下方向に貫通して形成された一対の貫通孔（図示省略）を備えている。これら貫通孔にはガイドバー４５，４５が挿通しており、これによって、被ガイド部材３１は、ガイドバー４５，４５に案内されるようにして上下方向にスライド移動可能とされている。
【００３５】
第三シリンダセンサ３２は、上下方向に延びるように上記取付部４６上に配置されており、その下端側に上下方向に進退可能とされたロッド３２ａを備えている。なお、取付部４６には上下方向に貫通するロッド挿通孔（図示省略）が形成されており、このロッド貫通孔をロッド３２ａが挿通することで、第三シリンダセンサ３２の下端側から装置本体４０の内部に向かってロッド３２ａが突出可能とされている。この第三シリンダセンサ３２のロッド３２ａ先端は上記被ガイド部材３１に連結されており、これによって、ロッド３２ａの進退に伴って被ガイド部材３１がガイドバー４５，４５に沿って上下移動可能とされている。
【００３６】
高さ測定バー３３は、図１及び図２に示すように、中心線ｋに沿って水平方向に延びる角柱状の部材であって、被ガイド部材３１の側方に一体に固定されている。この高さ測定バー３３の先端部３３ａは装置本体４０の前面よりもさらに正面側に突出しており、この先端部３３ａの下面が測定対象となる円筒状ワークＷの上端に当接するようになっている。
このように高さ測定バー３３が円筒状ワークＷの上端に当接した際におけるロッド３２ａのストロークから、円筒状ワークＷの高さｈが測定される。
【００３７】
ワーク固定部５０は、上記のように装置本体４０に取り付けられた第一測定部１０、第二測定部２０及び第三測定部３０の測定対象となる円筒状ワークＷを位置決め固定する役割を有しており、図１に示すように、装置本体４０の前面側に取り付けられた一対の位置決めバー５１，５１を備えている。
【００３８】
位置決めバー５１，５１は、それぞれ水平面に沿って延びるバー状をなしており、その基端部は装置本体４０前面における下部に固定されている。さらに、これら位置決めバー５１，５１は、図１に示すように、平面視にて装置本体４０の前面から正面側に向かうに従って互いに離間するように配置されており、即ち、位置決めバー５１，５１は平面視においてその延在方向が中心線ｋに対して所定の角度θをなして傾斜するように配置されている。なお、本実施形態においては、この角度θは４５°に設定されており、一対の位置決めバー５１，５１は９０°の角度をなして交差している。
【００３９】
このように配置された一対の位置決めバー５１，５１においては、図１に示すように、互いに対向する当接面５１ａ，５１ａが円筒状ワークＷの大径部２外周面にそれぞれ当接する。この際、中心線ｋが円筒状ワークＷの中心軸線Ｏを通過するとともに当接面５１ａ，５１ａの延在方向が大径部２の外周面の接線ｌ，ｌと一致し、さらに、中心線ｋが接線ｌ，ｌのなす角２θの二等分線に一致する。したがって、中心線ｋに沿って進退可能とされた第一シリンダセンサ１１及び第二シリンダセンサ２１は、接線ｌ，ｌの二等分線上を進退することになる。
【００４０】
なお、これら一対の位置決めバー５１，５１の上面には、図１及び図２に示すように、上方に向かって装置本体４０の高さまで延在する枠体５２，５２が設けられている。これにより、円筒状ワークＷを一対の位置決めバー５１，５１の間に配置された際における作業者の安全を担保している。
また、図１に示すように、位置決めバー５１，５１の下部及び装置本体４０の下部にはそれぞれ車輪６０が設けられており、これにより、寸法測定装置１００を任意に移動することができるようになっている。
【００４１】
ここで、上記構成の寸法測定装置１００においては、図１及び図２に示すように、一対の位置決めバー５１，５１の当接面５１ａ，５１ａの延長線の交点、即ち、上記接線ｌ，ｌの交点を通り、かつ、円筒状ワークＷの中心軸線Ｏと平行な軸線が、基準軸Ｐとされている。そして、第一測定部１０における第一シリンダセンサ１１及び第二測定部２０における第二シリンダセンサ２１はそれぞれ基準軸Ｐからの大径部２及び小径部３までの距離を測定する。
【００４２】
次に、寸法測定装置１００による円筒状ワークＷの測定方法について説明する。
まず、鍛造、圧延加工により成形した円筒状ワークＷを床面Ｆ上に配置し、ワーク固定部５０における一対の位置決めバー５１，５１により円筒状ワークＷを挟み込むようにして、これら位置決めバー５１，５１を大径部２にそれぞれ当接させる。これによって、円筒状ワークＷと寸法測定装置１００との相対位置が位置決めされ、位置決めバー５１，５１の延在方向が大径部２の接線ｌ，ｌに一致する。この際の円筒状ワークＷ、接線ｌ，ｌ及び基準軸Ｐの平面視における幾何学的関係は図６に示すようになる。
【００４３】
そして、図７に示すように、第三シリンダセンサ３２のロッド３２ａを突出させることで高さ測定バー３３を下方に変位させ、この高さ測定バー３３の先端部３３ａ下面が円筒状ワークＷの上端に当接することにより、該円筒状ワークＷの高さｈが検出される。
なお、このように高さ測定バー３３が円筒状ワークＷ上端に当接した状態においては、円筒状ワークＷの小径部３と第二シリンダセンサ２１の上下方向位置が一致する。
【００４４】
次いで、第一シリンダセンサ１１のロッド１１ａ及び第二シリンダセンサ２１のロッド２１ａを突出させて、これらロッド１１ａ及びロッド２１ａの先端を大径部２又は小径部３の外周面に当接させる。これにより、図６及び図７に示す基準軸Ｐから大径部２外周面までの距離ｄ１（以下、第一検出距離ｄ１と称する）及び基準軸Ｐから小径部３外周面までの距離ｄ２（以下、第二検出距離ｄ２と称する）が検出される。
【００４５】
このようにして、寸法測定装置１００においては、第一検出距離ｄ１、第二検出距離ｄ２及び高さｈの３つの値を測定することができる。そして、これら値から、大径部２の半径ｒ１、小径部３の半径ｒ２及び仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φの寸法をそれぞれ算出することにより取得する。以下、これら寸法の取得方法について説明する。
【００４６】
まず、大径部２の半径ｒ１の取得方法について説明する。
図６に示す幾何学的関係において、基準軸Ｐと中心軸線Ｏとの距離ｄ１＋ｒ１、大径部２の半径ｒ１に着目すると、下記（４）式が成立する。
【数４】
そして、この（４）式を整理すると、大径部の半径ｒ１は、下記（５）式で表される。
【数５】
この（５）式により、第一検出距離ｄ１から大径部２の半径ｒ１を算出することができる。特に本実施形態のように、θが４５°の場合には、半径ｒ１は下記（６）式で表される。
【数６】
【００４７】
次に、小径部３の半径ｒ２の取得方法について説明する。
図６に示す幾何学的関係において、基準軸Ｐと中心軸線Ｏとの距離ｄ２＋ｒ２、大径部２の半径ｒ１に着目し、大径部２の半径ｒ１がｒ２＋（ｄ２−ｄ１）と表せることを考慮すると、下記（７）式が成立する。
【数７】
そして、この（７）式を整理すると、大径部の半径ｒ１は、下記（８）式で表される。
【数８】
この（８）式により、第二検出距離ｄ２から小径部３の半径ｒ２を算出することができる。特に本実施形態のように、θが４５°の場合には、半径ｒ２は下記（９）式で表される。
【数９】
【００４８】
続いて、仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φの取得方法について説明する。
図７に示すように、仮想テーパ面Ｔを斜辺とした直角三角形において、残りの２辺のうちの一辺を高さｈとすると、もう一辺の寸法は大径部２の半径ｒ１と小径部３の半径ｒ２との差分であるｒ１−ｒ２として表すことができる。これにより、傾斜角度φは以下の（１０）式で表すことができる。
【数１０】
【００４９】
このようにして、円筒状ワークＷにおける大径部２の半径ｒ１、小径部３の半径ｒ２、高さｈ及び仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φの各種寸法が取得され、これらの結果に基づいて条件を設定した上で、円筒状ワークＷに対して再度の成形工程が施される。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、基準軸Ｐからの大径部２及び小径部３までの距離、即ち、第一検出距離ｄ１及び第二検出距離ｄ２を測定しさえすれば、幾何学的関係によりこれら大径部２及び小径部３それぞれの半径ｒ１，ｒ２を取得することができるため、円筒状ワークＷの測定作業を容易かつ迅速に行なうことができる。
【００５１】
また、これら第一検出距離ｄ１及び第二検出距離ｄ２の測定作業は第一測定部１０及び第二測定部２０により行なわれるため、作業者の酷暑環境下での作業を回避することができ、さらに輻射熱による危険性を回避することができる。
【００５２】
さらに、ワーク固定部５０が円筒状ワークＷに当接することで該円筒状ワークＷの位置決めを行なうため、例えば撮像装置等の精密機器を使用して位置決めする場合に比べて、コストを大幅に低減することができる。
【００５３】
また、第一測定部１０が第一シリンダセンサ１１を備え、第二測定部２０が第二シリンダセンサ２２を備えていることより、これら第一シリンダセンサ１１及び第二シリンダセンサ２２の円筒状ワークＷに当接した際のストロークから第一検出距離ｄ１及び第二検出距離ｄ２を容易に測定することができる。さらに、レーザー距離測定器等の精密機器を用いる場合に比べて、コストの低減を図ることができる。
【００５４】
また、第三シリンダセンサ３２を備えた第三測定部３０により円筒状ワークＷの高さｈを容易に測定することができるとともに、この高さｈの値と大径部２及び小径部３の半径の値ｒ１，ｒ２との幾何学的関係により、容易に上記仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φを算出することができる。
【００５５】
そして、上記のように取得した大径部２の半径ｒ１、小径部３の半径ｒ２、高さｈ及び仮想テーパ面Ｔの傾斜角度φの各種寸法に基づいて条件を設定した上で再度の鍛造、圧延加工を行うことにより、より寸法制度の高い所望の形状の円筒状ワークＷを得ることができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態においては、第一測定部１０及び第二測定部２０においてそれぞれ第一シリンダセンサ１１、第二シリンダセンサ１２を採用したが、これに限定されることなく、他の変位計を採用してもよい。
また、上記接線ｌ，ｌのなす角度２θ、即ち、一対の位置決めバー５１，５１のなす角度２θは、９０°に限定されることなく、任意の角度に設定することが可能である。
【００５７】
さらに、実施形態においては、円筒状ワークＷとして大径部２と小径部３とが外周曲面により接続されている例について説明したが、これに限定されることはなく、大径部２と小径部３とがテーパ状の外周面によって接続されているものであってもよいし、あるいは段状をなす外周面によって接続されているものであってもよい。即ち、本実施形態の寸法測定装置１００は、いかなる形状の円筒状ワークＷにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
２ 大径部
３ 小径部
１０ 第一測定部
１１ 第一シリンダセンサ
２０ 第二測定部
２１ 第二シリンダセンサ
３０ 第三測定部
３２ 第三シリンダセンサ
３３ 高さ測定バー
４０ 装置本体
５０ ワーク固定部
５１ 位置決めバー（位置決め部）
１００ 寸法測定装置
Ｗ 円筒状ワーク
Ｏ 中心軸線
ｒ１ 大径部の半径
ｒ２ 小径部の半径
ｈ 高さ
ｋ 中心線
Ｐ 基準軸
ｄ１ 第一検出距離
ｄ２ 第二検出距離
ｌ 接線
θ 接線のなす角度
Ｔ 仮想テーパ面
φ 仮想テーパ面の傾斜角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークの寸法測定装置であって、
前記円筒状ワークの大径部の外周面に当接するように一対が設けられ、それぞれ前記大径部の外周面の接線に沿って延びる位置決め部と、
前記接線の交点を通り前記円筒状ワークの中心軸線と平行をなす軸線を基準軸として、該基準軸から前記大径部の外周面までの距離を測定する第一測定部と、
前記基準軸から前記小径部の外周面までの距離を測定する第二測定部と、を備えることを特徴とする円筒状ワークの寸法測定装置。
【請求項２】
前記第一測定部が、前記一対の接線がなす角の二等分線上を進退可能とされた第一シリンダセンサを備え、
前記第二測定部が、前記二等分線上を進退可能とされた第二シリンダセンサを備えていることを特徴とする請求項１に記載の円筒状ワークの寸法測定装置。
【請求項３】
前記円筒状ワークの前記中心軸線方向の高さを測定する第三測定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の円筒状ワークの寸法測定装置。
【請求項４】
一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークの寸法取得方法であって、
前記大径部の外周面における一対の接線の交点を通るとともに前記円筒状ワークの中心軸線と平行をなす軸線を基準軸とし、
前記一対の接線がなす角２θの二等分線上における前記基準軸から前記大径部の外周面までの距離ｄ１を測定し、
前記二等分線に平行な前記基準軸から前記小径部の外周面までの距離ｄ２を測定し、下記（１）式及び（２）式を用いて、前記大径部の半径ｒ１及び前記小径部の半径ｒ２を算出することを特徴とする円筒状ワークの寸法取得方法。
【数１】
【数２】
【請求項５】
前記円筒状ワークの前記中心軸線方向の高さｈを測定し、
下記（３）式を用いて、前記円筒状ワークの一端の外周稜線と他端の外周稜線とを含む仮想テーパ面の前記中心軸線に直交する平面を基準とした傾斜角φを算出することを特徴とする円筒状ワークの寸法取得方法。
【数３】
【請求項１】
一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークの寸法測定装置であって、
前記円筒状ワークの大径部の外周面に当接するように一対が設けられ、それぞれ前記大径部の外周面の接線に沿って延びる位置決め部と、
前記接線の交点を通り前記円筒状ワークの中心軸線と平行をなす軸線を基準軸として、該基準軸から前記大径部の外周面までの距離を測定する第一測定部と、
前記基準軸から前記小径部の外周面までの距離を測定する第二測定部と、を備えることを特徴とする円筒状ワークの寸法測定装置。
【請求項２】
前記第一測定部が、前記一対の接線がなす角の二等分線上を進退可能とされた第一シリンダセンサを備え、
前記第二測定部が、前記二等分線上を進退可能とされた第二シリンダセンサを備えていることを特徴とする請求項１に記載の円筒状ワークの寸法測定装置。
【請求項３】
前記円筒状ワークの前記中心軸線方向の高さを測定する第三測定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の円筒状ワークの寸法測定装置。
【請求項４】
一端に大径部を有し他端に小径部を有する円筒状ワークの寸法取得方法であって、
前記大径部の外周面における一対の接線の交点を通るとともに前記円筒状ワークの中心軸線と平行をなす軸線を基準軸とし、
前記一対の接線がなす角２θの二等分線上における前記基準軸から前記大径部の外周面までの距離ｄ１を測定し、
前記二等分線に平行な前記基準軸から前記小径部の外周面までの距離ｄ２を測定し、下記（１）式及び（２）式を用いて、前記大径部の半径ｒ１及び前記小径部の半径ｒ２を算出することを特徴とする円筒状ワークの寸法取得方法。
【数１】
【数２】
【請求項５】
前記円筒状ワークの前記中心軸線方向の高さｈを測定し、
下記（３）式を用いて、前記円筒状ワークの一端の外周稜線と他端の外周稜線とを含む仮想テーパ面の前記中心軸線に直交する平面を基準とした傾斜角φを算出することを特徴とする円筒状ワークの寸法取得方法。
【数３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２０８９６５（Ｐ２０１１−２０８９６５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４３２１（Ｐ２０１０−７４３２１）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]