自動寸法測定装置
【課題】１回のマスター較正でスケール内での絶対寸法測定が可能な３次元寸法・形状測定機能を備えた自動寸法測定装置を提供する。
【解決手段】フローティング機構１１が、案内テーブル７と、案内テーブル７上の案内レール１２に係合し、直動軸受からなる案内部２９を介して案内テーブル７に対してＸ軸方向に相対移動可能に配設されたフローティングテーブル３０を備えている。Ｘ軸検出ヘッド５はＸ軸の不動部位に固定され、Ｘ軸検出ヘッド５に対峙するＸ軸スケール１５がフローティングテーブル３０に配設されている。測定プローブ１３は、フローティングテーブル２９に配設され、コイルばねまたはエアシリンダからなる弾性支持部３１、３１によって挟持されているので、測定プローブ１３がワーク１６に接触した時に適度な測定荷重を付与した状態で計測することができ、高精度で安定した測定結果を得ることができる。
【解決手段】フローティング機構１１が、案内テーブル７と、案内テーブル７上の案内レール１２に係合し、直動軸受からなる案内部２９を介して案内テーブル７に対してＸ軸方向に相対移動可能に配設されたフローティングテーブル３０を備えている。Ｘ軸検出ヘッド５はＸ軸の不動部位に固定され、Ｘ軸検出ヘッド５に対峙するＸ軸スケール１５がフローティングテーブル３０に配設されている。測定プローブ１３は、フローティングテーブル２９に配設され、コイルばねまたはエアシリンダからなる弾性支持部３１、３１によって挟持されているので、測定プローブ１３がワーク１６に接触した時に適度な測定荷重を付与した状態で計測することができ、高精度で安定した測定結果を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受部品等の機械加工された精密な部品の寸法測定を高精度に測定する自動寸法測定装置、特に、１回のマスター較正でスケール内での絶対寸法測定が可能な３次元寸法・形状測定機能を備えた自動寸法測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受部品等、大量生産される精密部品の寸法測定（抜き取りの比較測定）は、ブロックゲージあるいは専用のマスターを予め製作し、ダイヤルゲージを用いた比較測定により行われている。これらの測定は、マスターとの比較測定を行うため、基本的に測定寸法毎のマスターあるいは測定台を備え、作業者がゲージの値を読み取り、それを記録し、部品寸法が公差内であるかを判断して行われる。
【０００３】
このような従来の寸法測定を自動化した装置として、図９に示すような三次元比較測定装置が知られている。この三次元比較測定装置は、計測台上に保持されたワーク（計測対象物）と、測定装置のスライダに支持されたプローブとを、互いに直交するＸ・Ｙ・Ｚ軸方向に相対移動させる三次元比較測定装置において、ワークのＸ・Ｙ・Ｚ座標値５１と、マスターのＸ・Ｙ・Ｚ座標値５２とを比較演算部５３により比較してその減算値を算出し、次にこの減算値と、公差測定部５４から入力されている寸法公差とが比較判別部５５により測定される。この結果は記録表示部５６を介して記録あるいは表示される。また、温度変化に対する較正は、マスター座標値更新手段５７によって行われる。すなわち、ワーク温度センサ５８によって計測された温度が所定の時点よりどの程度変化したかを温度演算部５９でチェックし、この値を温度比較部６０により、予め温度差測定器６１にセットされた値と比較して、温度演算部５９の値が設定値を超えた場合には、測定値更新指令部６２へ起動信号が出される。一方、測定時間の経過を検出する時間計測器６３を設けて、この所定時点からの時間を時間演算部６４により積算し、この値を時間比較部６５により、予め時間差設定器６６にセットされた値と比較して、時間演算部６４の値を超えた場合に、測定値更新指令部６２へ起動信号が出される。
【０００４】
これにより、ワークの良否判定が正確かつ容易で、その判別結果を使用し、他の関連機器を迅速に連動させることができる。また、測定作業の環境温度が変化した場合に対応して、温度較正機能を備え、この装置から指示される更新指令に基いてモデルのＸ・Ｙ・Ｚ座標値５１を計測し直し、メモリーに記憶されている基準データを更新して行くので、常に精度の高い比較測定結果を得ることが可能となる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平０５−６０５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
然しながら、この従来の三次元比較測定装置では、１つのワーク内で予めプログラミングされた位置での測定を前提とし、測定装置のスケール有効範囲内における絶対寸法測定装置としての機能を備えていない。すなわち、比較測定を短時間に行う場合は問題ないが、３次元測定を行うのであれば、１回のマスターの較正が完了後は、スケール有効範囲内の絶対寸法測定が可能でなければ、転がり軸受部品等、大量生産される精密部品の寸法測定を行う現場では実用性が低い。換言すれば、この温度情報だけで補正する方法では、測定精度に最も影響する要因として、測定温度とは別に、各テーブルの真直度および案内面の姿勢変化を極力低減させないと、所定の３次元空間の絶対値寸法を正確に測定することは難しい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、１回のマスター較正でスケール内での絶対寸法測定が可能な３次元寸法・形状測定機能を備えた自動寸法測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ベッド上に設けられ、ワークが載置される回転テーブルと、前記ベッドに立設されたＺ軸テーブルと、このＺ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＺ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブルと、このＸ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブルと、この案内テーブル上に配設された高さ寸法測定用のディテクタ、およびフローティング機構を介して配設され、Ｘ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブとを備え、前記Ｘ軸テーブルとＺ軸テーブル間に、Ｚ軸スケールと、このＺ軸スケールに対峙するＺ軸検出ヘッドが配設されると共に、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブル間に、Ｘ軸スケールと、このＸ軸スケールに対峙するＸ軸検出ヘッドが配設され、前記測定プローブが、弾性支持部によって支持されている。
【０００８】
このような構成を採用することにより、測定プローブがワークに接触した時に適度な測定荷重を付与した状態で計測することができ、高精度で安定した測定結果を得ることができると共に、１回のマスター較正でスケール内での絶対寸法測定が可能な３次元寸法・形状測定機能を備えた自動寸法測定装置を提供することができる。
【０００９】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記フローティング機構が、直動軸受からなる案内部を介して前記案内テーブルに対してＸ軸方向に相対移動可能に配設されたフローティングテーブルを備えていれば、測定プローブとＸ軸スケールとが一対の連動された動きができ、高精度で安定した測定結果を得ることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、前記送り機構が、駆動モータと、この駆動モータの回転を軸方向運動に変換し、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブルとを相対移動させるボールねじ機構とを備えていても良い。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明のように、前記弾性支持部がコイルばねまたはエアシリンダからなり、前記測定プローブが両側から当該弾性支持部によって挟持されていれば、測定プローブとＸ軸スケールとが一対の連動された動きができ、測定プローブがワークに接触した位置をＸ軸スケールで高精度に安定して読み取ることができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明のように、前記高さ寸法測定用のディテクタにより予め前記回転テーブルの基準面の面振れデータが演算装置に記憶されていれば、回転テーブルのチャックにワークを保持する場合、測定データから差し引きして基準面の面振れの補正をすることができる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明のように、前記測定プローブを基準面に接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、前記Ｘ軸スケールの変局点を求めれば、基準面からの段差測定が可能となり、ワークの段差測定を行うことができる。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明のように、前記測定プローブを前記ワークに接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、前記Ｘ軸スケールの変化量を読み取り、前記Ｚ軸スケールの読取値とで演算させれば、曲率等の形状測定が可能となると共に、回転テーブルを回転させることにより３次元形状測定も可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る自動寸法測定装置は、ベッド上に設けられ、ワークが載置される回転テーブルと、前記ベッドに立設されたＺ軸テーブルと、このＺ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＺ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブルと、このＸ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブルと、この案内テーブル上に配設された高さ寸法測定用のディテクタ、およびフローティング機構を介して配設され、Ｘ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブとを備え、前記Ｘ軸テーブルとＺ軸テーブル間に、Ｚ軸スケールと、このＺ軸スケールに対峙するＺ軸検出ヘッドが配設されると共に、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブル間に、Ｘ軸スケールと、このＸ軸スケールに対峙するＸ軸検出ヘッドが配設され、前記測定プローブが、弾性支持部によって支持されているので、測定プローブがワークに接触した時に適度な測定荷重を付与した状態で計測することができ、高精度で安定した測定結果を得ることができると共に、１回のマスター較正でスケール内での絶対寸法測定が可能な３次元寸法・形状測定機能を備えた自動寸法測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ベッド上に設けられ、ワークが載置される回転テーブルと、前記ベッドに立設されたＺ軸テーブルと、このＺ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＺ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブルと、このＸ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブルと、この案内テーブル上に配設された高さ寸法測定用のディテクタ、および案内部を介して前記案内テーブルに対してＸ軸方向に相対移動可能なフローティングテーブルからなるフローティング機構を介して配設され、Ｘ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブとを備え、前記Ｘ軸テーブルとＺ軸テーブル間に、Ｚ軸スケールと、このＺ軸スケールに対峙するＺ軸検出ヘッドが配設されると共に、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブル間に、Ｘ軸スケールと、このＸ軸スケールに対峙するＸ軸検出ヘッドが配設され、前記測定プローブが、弾性支持部によって支持されている。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る自動寸法測定装置の一実施例を示す正面図、図２は、図１の側面図、図３（ａ）は、一般的な外径寸法の手動測定器を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図、図４（ａ）は、同上、高さ寸法の手動測定器を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図、図５は、本発明に係るフローティング機構を示す平面図、図６は、段付き部の測定動作を示す説明図、図７は、外径測定の実施例を示す説明図、図８は、本発明に係る自動寸法測定装置の機能ブロック図である。
【００１８】
図１および図２を用いて本発明に係る自動寸法測定装置の構成を説明する。この自動寸法測定装置は、ベッド１上に設けられた回転テーブル（θ軸）２と、ベッド１に立設されたＺ軸テーブル３に装備され、Ｚ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブル４とを備えている。Ｘ軸テーブル４には、Ｘ軸検出ヘッド５が配設されると共に、任意の位置に位置決め可能な送り機構６が装備されている。さらに、この送り機構６はＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブル７を備えている。
【００１９】
送り機構６は、Ｘ軸テーブル４の一端部に固定された駆動モータ８と、この駆動モータ８の回転をＸ軸方向に変換し、Ｘ軸テーブル４に並設された案内レール９、９を介して案内テーブル７を相対移動させるボールねじ機構１０とからなる。
【００２０】
案内テーブル７上には、後述するフローティング機構１１によって支持され、案内レール１２、１２を介してＸ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブ１３と、高さ寸法測定用のディテクタ１４と、光学的なガラススケール等からなるＸ軸スケール１５とが配設されている。フローティングテーブル３０に取付けてある測定プローブ１３とＸ軸スケール１５とは一対の動きがなされるように構成され、測定プローブ１３が被測定物１６（以下、ワークという）に接触した位置を読み取ることができる。なお、ワーク１６は、前述した回転テーブル２上に載置される。
【００２１】
Ｚ軸テーブル３には、Ｘ軸テーブル４と同様、光学的なガラススケール等からなるＺ軸スケール１７とＺ軸検出ヘッド１８とが配設されると共に、任意の位置に位置決め可能な送り機構１９が装備されている。送り機構１９は、Ｚ軸テーブル３の一端部に固定された駆動モータ２０と、この駆動モータ２０の回転をＺ軸方向に変換し、Ｚ軸テーブル３に並設された案内レール２１、２１を介してＸ軸テーブル７を相対移動させるボールねじ機構２２とからなる。
【００２２】
フローティング機構１１は、案内テーブル７と、この案内テーブル７上の案内レール１２、１２に係合し、直動軸受からなる案内部２９を介して案内テーブル７に対してＸ軸方向に相対移動可能に配設されたフローティングテーブル３０とを備えている。Ｘ軸検出ヘッド５はＸ軸の不動部位に固定されると共に、このＸ軸検出ヘッド５に対峙するＸ軸スケール１５はフローティングテーブル３０の端部に配設されている。また、測定プローブ１３は、フローティングテーブル３０に配設され、コイルばねまたはエアシリンダ等からなる弾性支持部３１、３１によって挟持されている。これにより、測定プローブ１３とＸ軸スケール１５とは一対の連動された動きができ、測定プローブ１３がワーク１６に接触した位置をこのＸ軸スケール１５で読み取ることができる。換言すれば、測定プローブ１３がワーク１６に接触していない時は、両側から弾性支持部３１、３１で支持されている測定プローブ１３は中立位置で停止している状態（Ｘ軸スケール１５の読取値も一定値）であるが、測定プローブ１３をＸ軸方向に移動させてワーク１６に接触させた時点で、Ｘ軸スケール１５の読取値に変化が生じる。この位置から一定量だけ送りを与えた位置で送りを停止させ、その位置でのＸ軸スケール１５の読取値を計測することができる。すなわち、測定プローブ１３がワーク１６に接触した時に適度な測定荷重を付与した状態で計測することができ、高精度で安定した測定結果を得ることができる。
【００２３】
ここで、本発明に係る自動寸法測定装置の高さ寸法および外径寸法の比較測定方法を説明する前に、軸受部品等のリング状部品の高さ寸法および外径寸法を手動で比較測定する方法を説明する。
【００２４】
リング状部品の高さ寸法を手動で比較測定するには、一般的に図３に示すような手動測定器２３が使用されている。この手動測定器２３は、測定台２４と、測定台２４上に立設された支柱２６と、この支柱２６に対してＺ軸方向に相対移動可能に取り付けられた固定部２７と、この固定部２７に装着されたダイヤルゲージ２８とからなる。
【００２５】
まず、測定台２４上にマスター２５が載置されると共に、マスター２５の高さに対応するように固定部２７の高さ調整が行われ、ダイヤルゲージ２８の高さ調整が行われる。そして、ダイヤルゲージ２８の測定子２８ａをマスター２５に端面に接触させた状態で、マスター２５を測定台２４上を一周（一回転）させた時のダイヤルゲージ２８の読取値の平均値がゼロ位置とされる。
【００２６】
次に、マスター２５に変えて、測定したいワークが測定台２４上に載置されると共に、同じ要領でダイヤルゲージ２８の測定子２８ａをワークに接触させた状態で、ワークを一周させた時のダイヤルゲージ２８の読取値の平均値がワークの高さ寸法、すなわち、マスター２５との比較値となる。
【００２７】
リング状部品の外径寸法を手動で比較測定するには、一般的に図４に示すような手動測定器２３が使用されている。まず、測定台２４上にマスター２５が載置されると共に、マスター２５の外径に対応するように固定部２７の高さ調整が行われ、ダイヤルゲージ２８の高さ調整が行われる。そして、測定台２４上でマスター２５をＹ軸方向にスライドさせ、ダイヤルゲージ２８の測定子２８ａをマスター２５の外径に接触させた時のダイヤルゲージ２８の読取値を記録する。そして、マスター２５を所定量回転させてこの動作を繰り返し、マスター２５の一周分を数箇所に分割してダイヤルゲージ２８の読取値を記録する。これらの読取値の平均値がゼロ位置とされる。また、１周分の読取り値から最大値を求め、この位置をゼロ位置とする方法もある。
【００２８】
次に、マスター２５に変えて、測定したいワークが測定台２４上に載置されると共に、同じ要領で、測定台２４上でワークをＹ軸方向にスライドさせ、ダイヤルゲージ２８の測定子２８ａをワークの外径に接触させた時のダイヤルゲージ２８の読取値を記録する。そして、ワークを所定量回転させてこの動作を繰り返し、ワークの一周分を数箇所に分割してダイヤルゲージ２８の読取値を記録する。これらの読取値の平均値がワークの外径寸法、すなわち、マスター２５との比較値となる。また、１周分の読取り値から最大値を求め、その値とマスター２５との比較を行う方法もある。
【００２９】
図１および図２を用いて本発明に係る自動寸法測定装置によるリング状部品の高さ寸法および外径寸法の比較測定方法を説明する。高さ寸法測定（比較測定）は、
１．回転テーブル２に設けられたチャック（図示せず）にマスター（ワーク）１６をセットする。測定機に設けられた図示しないティーチング機構（ジョイスティック）を使って高さ寸法測定用のディテクタ１４を機械原点位置からマスター１６近傍へ移動させる。
２．次に測定開始スイッチを押すと、所定の速度で高さ寸法測定用のディテクタ１４がマスター１６へ接触を開始し、一定量の接触量に達すると送りが停止される。この時点から測定が開始可能状態となる。
３．その後、回転テーブル２を回転させ、マスター１６を一周分回転させながら測定を行う。
４．高さ寸法測定用のディテクタ１４をマスター１６に接触させた状態で一周回転させた時のＺ軸スケール１７の値を読み取り、測定データを平均化させ、測定した高さ寸法をゼロ位置としても良いし、既定の高さ寸法としても良い。
５．このような動作でマスター１６の高さ寸法の測定が完了しているため、高さ寸法測定用のディテクタ１４を機械原点に戻す。
６．次に測定したいワーク１６を回転テーブル２にセットし、予めプログラムされた一周分の測定回数（分割数）分の測定データを自動測定し、既に測定されたマスター１６との差を演算させる。本実施形態では、プログラムにより任意の測定箇所も設定可能とされている。すなわち、１個のマスター１６で模範較正を実施することで、Ｘ・Ｚ軸に設けられた各スケール１５、１７の有効範囲内での絶対寸法の測定も可能となる。
【００３０】
ここで、回転テーブル２のチャックにマスター１６を保持する場合、回転テーブル２の基準面の面振れが問題となるが、予め高さ寸法測定用のディテクタ１４により基準面の面振れデータを演算装置に記憶させておけば、測定データから差し引きして補正をすることもできる。
【００３１】
また、外径寸法測定（比較測定）は、
１．回転テーブル２に設けられたチャックにマスター１６をセットする。測定器に設けられたティーチング機構を使って測定プローブ１３を機械原点位置からマスター１６近傍へ移動させる。
２．次に測定開始スイッチを押すと、所定の速度で測定プローブ１３がマスター１６へ接触を開始し、一定量の接触量に達すると送りが停止される。この時点から測定が開始可能状態となる。
３．その後、回転テーブル２を回転させ、マスター１６を一周分回転させながら測定を行う。
４．測定プローブ１３をマスター１６に接触させた状態で一周回転させた時のＸ軸スケール１５の変化量を読み取り、測定データを平均化させ、測定した外径寸法をゼロ位置としても良いし、既定の外径寸法としても良い。
５．このような動作でマスター１６の外径寸法の測定が完了しているため、測定プローブ１３を機械原点に戻す。
６．次に測定したいワーク１６を回転テーブル２にセットし、予めプログラムされた一周分の測定回数（分割数）分の測定データを自動測定し、既に測定されたマスター１６との差を演算させる。本実施形態では、Ｚ軸方向の測定と同様にプログラムにより任意の測定箇所も設定可能とされている。すなわち、Ｚ軸テーブル３およびＸ軸テーブル４の走りに関する真直度、すなわち、ピッチングやヨーイング精度を高精度に保つと共に、回転テーブル２の回転精度（面振れ）および測定プローブ１３のプローブ球の中心とθ軸中心の芯ズレ誤差を極限に小さく抑えることにより、１個のマスター１６で模範較正を実施することで、Ｚ軸テーブル３およびＸ軸テーブル４に配設されている各スケール１５、１７の有効範囲内での絶対寸法の測定も可能となる。
【００３２】
ここでは、リング状部品からなるワーク１６を例示したが、これに限らず、例えば図６に示すような径差のある軸部品からなるワーク３２であっても良い。すなわち、ワーク３２の段差測定を行う場合、外径寸法の測定プローブ１３を基準面３２ａに接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、Ｘ軸スケール１５の変局点を求めることにより、基準面３２ａからの段差測定が可能となる。
【００３３】
また、Ｚ軸テーブル３を上下動させ、測定プローブ１３をワーク３２にトレースすることで、曲率等の形状測定が可能となる。すなわち、測定プローブ１３をワーク３２に接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、Ｘ軸スケール１５の変化量を読み取り、Ｚ軸スケール１７の読取値とで演算させることで曲率測定が可能となる。さらに、回転テーブル２を回転させることにより３次元形状測定も可能となる。
【００３４】
ここで、回転テーブル２のチャックにマスター１６を保持する場合、回転テーブル２のθ軸中心とマスター１６の軸心に必然的に芯ズレが生じるが、この芯ズレがある状態でも正確な測定ができるように、対向する１８０°位相での測定データを参照して平均化処理を行うことにより、少なくともＸ軸方向の芯ズレが僅かに存在する状態でも正確な外径寸法の測定が可能となる。すなわち、図７に示すように、例えば、ワーク１６の円周上で８分割のデータを取る場合、外径（直径）寸法にするため、分割数の２倍のｎ＝１６の測定データＸｎを採取し、その総和をｎ数で割ることにより外径寸法Ｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２＋・・・＋Ｘｎ）／ｎを求めることができる。
【００３５】
本実施形態では、Ｘ軸テーブル４を移動させると、Ｘ軸テーブル４上に載置されたフローティングテーブル３０も弾性支持部３１を介して同じ動作（移動）を開始する。この時、Ｘ軸スケール１５の値はフローティングテーブル３０の移動に対応して順次変化していく。次に、測定プローブ１３がマスター１６に接触した場合、フローティングテーブル３０が拘束されるため、Ｘ軸スケール１５の値がその位置にて停止する。この位置を接触開始点とし、ここから適宜な接触量だけ駆動モータ８に送りをかける。そして、この位置を接触完了位置とし、ここからＸ軸スケール１５のスケール値のデータ収集を開始する。このように、測定プローブ１３がフローティングテーブル２９に配設され、弾性支持部３１、３１によって挟持されているので、測定プローブ１３がワーク１６に接触した時に適度な測定荷重を付与することができ、高精度な測定結果が得られると共に、例えば、３次元測定機のようなタッチプローブ形式を使用しなくても良く、低コストで安定した測定が可能となる。
【００３６】
以上の構成は、図８に示すブロック図で示すことができる。各測定点におけるＸ軸スケール１５とＺ軸スケール１７の値は、それぞれＸ軸座標読取部３３とＺ軸座標読取部３４で読み取られ、座標値変換部３５で変換されると共に、θ軸エンコーダ３６の値はθ軸座標読取部３７で読み取られ、角度位相演算部３８を介して座標値変換部３５で変換される。取り込まれたデータは記憶されると同時に演算処理の対象となる。すなわち、既に記憶されているマスター座標値３９を取り出して、これらのデータとワークの測定により得られたワーク座標値４０とが比較演算部４１で比較・演算される。そして、この比較・演算された値と、予め公差設定部４２で記憶されている公差とが比較判定部４３で比較される。この比較結果により判定結果表示部４４で良否の表示がなされる。すなわち、比較判定部４３で測定結果が公差内にある場合は、良品としてＯＫ表示され、逆に公差外の場合は、不良品としてＮＧ表される。また、比較演算部４１で比較・演算されたワークの絶対寸法は、絶対寸法判定部４５で算出され、同じく判定結果表示部４４で表示される。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る自動寸法測定装置は、転がり軸受等の軸受部品の比較測定をはじめ、各種部品の寸法・形状を測定する装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る自動寸法測定装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】（ａ）は、一般的な外径寸法の手動測定器を示す正面図である。 （ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【図４】（ａ）は、同上、高さ寸法の手動測定器を示す正面図である。 （ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【図５】本発明に係るフローティング機構を示す平面図である。
【図６】段付き部の測定動作を示す説明図である。
【図７】外径測定の実施例を示す説明図である。
【図８】本発明に係る自動寸法測定装置の機能ブロック図である。
【図９】従来の三次元比較測定装置の機能を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・・・・・・ベッド
２・・・・・・・・回転テーブル
３・・・・・・・・Ｚ軸テーブル
４・・・・・・・・Ｘ軸テーブル
５・・・・・・・・Ｘ軸検出ヘッド
６、１９・・・・・送り機構
７・・・・・・・・案内テーブル
８、２０・・・・・駆動モータ
９、１２、２１・・案内レール
１０、２２・・・・ボールねじ機構
１１・・・・・・・フローティング機構
１３・・・・・・・測定プローブ
１４・・・・・・・高さ寸法測定用のディテクタ
１５・・・・・・・Ｘ軸スケール
１６、２５、３２・ワーク（マスター）
１７・・・・・・・Ｚ軸スケール
１８・・・・・・・Ｚ軸検出ヘッド
２３・・・・・・・手動測定器
２４・・・・・・・測定台
２６・・・・・・・支柱
２７・・・・・・・固定部
２８・・・・・・・ダイヤルゲージ
２８ａ・・・・・・測定子
２９・・・・・・・案内部
３０・・・・・・・フローティングテーブル
３１・・・・・・・弾性支持部
３２ａ・・・・・・基準面
３３・・・・・・・・Ｘ軸座標読取部
３４・・・・・・・Ｚ軸座標読取部
３５・・・・・・・座標値変換部
３６・・・・・・・θ軸エンコーダ
３７・・・・・・・θ軸座標読取部
３８・・・・・・・角度位相演算部
３９・・・・・・・マスター座標値
４０・・・・・・・ワーク座標値
４１・・・・・・・比較演算部
４２・・・・・・・公差設定部
４３・・・・・・・比較判定部
４４・・・・・・・判定結果表示部
４５・・・・・・・絶対寸法判定部
５１・・・・・・・ワークのＸＹＺ座標値
５２・・・・・・・マスターのＸＹＺ座標値
５３・・・・・・・比較演算部
５４・・・・・・・公差設定部
５５・・・・・・・比較判別部
５６・・・・・・・記録表示部
５７・・・・・・・マスター座標値更新手段
５８・・・・・・・温度センサ
５９・・・・・・・温度演算部
６０・・・・・・・温度比較部
６１・・・・・・・温度差測定器
６２・・・・・・・測定値更新指令部
６３・・・・・・・時間計測器
６４・・・・・・・時間演算部
６５・・・・・・・時間比較部
６６・・・・・・・時間差測定器
ｎ・・・・・・・・測定の分割数
Ｘ・・・・・・・・外径寸法
Ｘ１＋・＋Ｘｎ・測定データ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受部品等の機械加工された精密な部品の寸法測定を高精度に測定する自動寸法測定装置、特に、１回のマスター較正でスケール内での絶対寸法測定が可能な３次元寸法・形状測定機能を備えた自動寸法測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受部品等、大量生産される精密部品の寸法測定（抜き取りの比較測定）は、ブロックゲージあるいは専用のマスターを予め製作し、ダイヤルゲージを用いた比較測定により行われている。これらの測定は、マスターとの比較測定を行うため、基本的に測定寸法毎のマスターあるいは測定台を備え、作業者がゲージの値を読み取り、それを記録し、部品寸法が公差内であるかを判断して行われる。
【０００３】
このような従来の寸法測定を自動化した装置として、図９に示すような三次元比較測定装置が知られている。この三次元比較測定装置は、計測台上に保持されたワーク（計測対象物）と、測定装置のスライダに支持されたプローブとを、互いに直交するＸ・Ｙ・Ｚ軸方向に相対移動させる三次元比較測定装置において、ワークのＸ・Ｙ・Ｚ座標値５１と、マスターのＸ・Ｙ・Ｚ座標値５２とを比較演算部５３により比較してその減算値を算出し、次にこの減算値と、公差測定部５４から入力されている寸法公差とが比較判別部５５により測定される。この結果は記録表示部５６を介して記録あるいは表示される。また、温度変化に対する較正は、マスター座標値更新手段５７によって行われる。すなわち、ワーク温度センサ５８によって計測された温度が所定の時点よりどの程度変化したかを温度演算部５９でチェックし、この値を温度比較部６０により、予め温度差測定器６１にセットされた値と比較して、温度演算部５９の値が設定値を超えた場合には、測定値更新指令部６２へ起動信号が出される。一方、測定時間の経過を検出する時間計測器６３を設けて、この所定時点からの時間を時間演算部６４により積算し、この値を時間比較部６５により、予め時間差設定器６６にセットされた値と比較して、時間演算部６４の値を超えた場合に、測定値更新指令部６２へ起動信号が出される。
【０００４】
これにより、ワークの良否判定が正確かつ容易で、その判別結果を使用し、他の関連機器を迅速に連動させることができる。また、測定作業の環境温度が変化した場合に対応して、温度較正機能を備え、この装置から指示される更新指令に基いてモデルのＸ・Ｙ・Ｚ座標値５１を計測し直し、メモリーに記憶されている基準データを更新して行くので、常に精度の高い比較測定結果を得ることが可能となる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平０５−６０５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
然しながら、この従来の三次元比較測定装置では、１つのワーク内で予めプログラミングされた位置での測定を前提とし、測定装置のスケール有効範囲内における絶対寸法測定装置としての機能を備えていない。すなわち、比較測定を短時間に行う場合は問題ないが、３次元測定を行うのであれば、１回のマスターの較正が完了後は、スケール有効範囲内の絶対寸法測定が可能でなければ、転がり軸受部品等、大量生産される精密部品の寸法測定を行う現場では実用性が低い。換言すれば、この温度情報だけで補正する方法では、測定精度に最も影響する要因として、測定温度とは別に、各テーブルの真直度および案内面の姿勢変化を極力低減させないと、所定の３次元空間の絶対値寸法を正確に測定することは難しい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、１回のマスター較正でスケール内での絶対寸法測定が可能な３次元寸法・形状測定機能を備えた自動寸法測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ベッド上に設けられ、ワークが載置される回転テーブルと、前記ベッドに立設されたＺ軸テーブルと、このＺ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＺ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブルと、このＸ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブルと、この案内テーブル上に配設された高さ寸法測定用のディテクタ、およびフローティング機構を介して配設され、Ｘ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブとを備え、前記Ｘ軸テーブルとＺ軸テーブル間に、Ｚ軸スケールと、このＺ軸スケールに対峙するＺ軸検出ヘッドが配設されると共に、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブル間に、Ｘ軸スケールと、このＸ軸スケールに対峙するＸ軸検出ヘッドが配設され、前記測定プローブが、弾性支持部によって支持されている。
【０００８】
このような構成を採用することにより、測定プローブがワークに接触した時に適度な測定荷重を付与した状態で計測することができ、高精度で安定した測定結果を得ることができると共に、１回のマスター較正でスケール内での絶対寸法測定が可能な３次元寸法・形状測定機能を備えた自動寸法測定装置を提供することができる。
【０００９】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記フローティング機構が、直動軸受からなる案内部を介して前記案内テーブルに対してＸ軸方向に相対移動可能に配設されたフローティングテーブルを備えていれば、測定プローブとＸ軸スケールとが一対の連動された動きができ、高精度で安定した測定結果を得ることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、前記送り機構が、駆動モータと、この駆動モータの回転を軸方向運動に変換し、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブルとを相対移動させるボールねじ機構とを備えていても良い。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明のように、前記弾性支持部がコイルばねまたはエアシリンダからなり、前記測定プローブが両側から当該弾性支持部によって挟持されていれば、測定プローブとＸ軸スケールとが一対の連動された動きができ、測定プローブがワークに接触した位置をＸ軸スケールで高精度に安定して読み取ることができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明のように、前記高さ寸法測定用のディテクタにより予め前記回転テーブルの基準面の面振れデータが演算装置に記憶されていれば、回転テーブルのチャックにワークを保持する場合、測定データから差し引きして基準面の面振れの補正をすることができる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明のように、前記測定プローブを基準面に接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、前記Ｘ軸スケールの変局点を求めれば、基準面からの段差測定が可能となり、ワークの段差測定を行うことができる。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明のように、前記測定プローブを前記ワークに接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、前記Ｘ軸スケールの変化量を読み取り、前記Ｚ軸スケールの読取値とで演算させれば、曲率等の形状測定が可能となると共に、回転テーブルを回転させることにより３次元形状測定も可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る自動寸法測定装置は、ベッド上に設けられ、ワークが載置される回転テーブルと、前記ベッドに立設されたＺ軸テーブルと、このＺ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＺ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブルと、このＸ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブルと、この案内テーブル上に配設された高さ寸法測定用のディテクタ、およびフローティング機構を介して配設され、Ｘ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブとを備え、前記Ｘ軸テーブルとＺ軸テーブル間に、Ｚ軸スケールと、このＺ軸スケールに対峙するＺ軸検出ヘッドが配設されると共に、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブル間に、Ｘ軸スケールと、このＸ軸スケールに対峙するＸ軸検出ヘッドが配設され、前記測定プローブが、弾性支持部によって支持されているので、測定プローブがワークに接触した時に適度な測定荷重を付与した状態で計測することができ、高精度で安定した測定結果を得ることができると共に、１回のマスター較正でスケール内での絶対寸法測定が可能な３次元寸法・形状測定機能を備えた自動寸法測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ベッド上に設けられ、ワークが載置される回転テーブルと、前記ベッドに立設されたＺ軸テーブルと、このＺ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＺ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブルと、このＸ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブルと、この案内テーブル上に配設された高さ寸法測定用のディテクタ、および案内部を介して前記案内テーブルに対してＸ軸方向に相対移動可能なフローティングテーブルからなるフローティング機構を介して配設され、Ｘ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブとを備え、前記Ｘ軸テーブルとＺ軸テーブル間に、Ｚ軸スケールと、このＺ軸スケールに対峙するＺ軸検出ヘッドが配設されると共に、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブル間に、Ｘ軸スケールと、このＸ軸スケールに対峙するＸ軸検出ヘッドが配設され、前記測定プローブが、弾性支持部によって支持されている。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る自動寸法測定装置の一実施例を示す正面図、図２は、図１の側面図、図３（ａ）は、一般的な外径寸法の手動測定器を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図、図４（ａ）は、同上、高さ寸法の手動測定器を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図、図５は、本発明に係るフローティング機構を示す平面図、図６は、段付き部の測定動作を示す説明図、図７は、外径測定の実施例を示す説明図、図８は、本発明に係る自動寸法測定装置の機能ブロック図である。
【００１８】
図１および図２を用いて本発明に係る自動寸法測定装置の構成を説明する。この自動寸法測定装置は、ベッド１上に設けられた回転テーブル（θ軸）２と、ベッド１に立設されたＺ軸テーブル３に装備され、Ｚ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブル４とを備えている。Ｘ軸テーブル４には、Ｘ軸検出ヘッド５が配設されると共に、任意の位置に位置決め可能な送り機構６が装備されている。さらに、この送り機構６はＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブル７を備えている。
【００１９】
送り機構６は、Ｘ軸テーブル４の一端部に固定された駆動モータ８と、この駆動モータ８の回転をＸ軸方向に変換し、Ｘ軸テーブル４に並設された案内レール９、９を介して案内テーブル７を相対移動させるボールねじ機構１０とからなる。
【００２０】
案内テーブル７上には、後述するフローティング機構１１によって支持され、案内レール１２、１２を介してＸ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブ１３と、高さ寸法測定用のディテクタ１４と、光学的なガラススケール等からなるＸ軸スケール１５とが配設されている。フローティングテーブル３０に取付けてある測定プローブ１３とＸ軸スケール１５とは一対の動きがなされるように構成され、測定プローブ１３が被測定物１６（以下、ワークという）に接触した位置を読み取ることができる。なお、ワーク１６は、前述した回転テーブル２上に載置される。
【００２１】
Ｚ軸テーブル３には、Ｘ軸テーブル４と同様、光学的なガラススケール等からなるＺ軸スケール１７とＺ軸検出ヘッド１８とが配設されると共に、任意の位置に位置決め可能な送り機構１９が装備されている。送り機構１９は、Ｚ軸テーブル３の一端部に固定された駆動モータ２０と、この駆動モータ２０の回転をＺ軸方向に変換し、Ｚ軸テーブル３に並設された案内レール２１、２１を介してＸ軸テーブル７を相対移動させるボールねじ機構２２とからなる。
【００２２】
フローティング機構１１は、案内テーブル７と、この案内テーブル７上の案内レール１２、１２に係合し、直動軸受からなる案内部２９を介して案内テーブル７に対してＸ軸方向に相対移動可能に配設されたフローティングテーブル３０とを備えている。Ｘ軸検出ヘッド５はＸ軸の不動部位に固定されると共に、このＸ軸検出ヘッド５に対峙するＸ軸スケール１５はフローティングテーブル３０の端部に配設されている。また、測定プローブ１３は、フローティングテーブル３０に配設され、コイルばねまたはエアシリンダ等からなる弾性支持部３１、３１によって挟持されている。これにより、測定プローブ１３とＸ軸スケール１５とは一対の連動された動きができ、測定プローブ１３がワーク１６に接触した位置をこのＸ軸スケール１５で読み取ることができる。換言すれば、測定プローブ１３がワーク１６に接触していない時は、両側から弾性支持部３１、３１で支持されている測定プローブ１３は中立位置で停止している状態（Ｘ軸スケール１５の読取値も一定値）であるが、測定プローブ１３をＸ軸方向に移動させてワーク１６に接触させた時点で、Ｘ軸スケール１５の読取値に変化が生じる。この位置から一定量だけ送りを与えた位置で送りを停止させ、その位置でのＸ軸スケール１５の読取値を計測することができる。すなわち、測定プローブ１３がワーク１６に接触した時に適度な測定荷重を付与した状態で計測することができ、高精度で安定した測定結果を得ることができる。
【００２３】
ここで、本発明に係る自動寸法測定装置の高さ寸法および外径寸法の比較測定方法を説明する前に、軸受部品等のリング状部品の高さ寸法および外径寸法を手動で比較測定する方法を説明する。
【００２４】
リング状部品の高さ寸法を手動で比較測定するには、一般的に図３に示すような手動測定器２３が使用されている。この手動測定器２３は、測定台２４と、測定台２４上に立設された支柱２６と、この支柱２６に対してＺ軸方向に相対移動可能に取り付けられた固定部２７と、この固定部２７に装着されたダイヤルゲージ２８とからなる。
【００２５】
まず、測定台２４上にマスター２５が載置されると共に、マスター２５の高さに対応するように固定部２７の高さ調整が行われ、ダイヤルゲージ２８の高さ調整が行われる。そして、ダイヤルゲージ２８の測定子２８ａをマスター２５に端面に接触させた状態で、マスター２５を測定台２４上を一周（一回転）させた時のダイヤルゲージ２８の読取値の平均値がゼロ位置とされる。
【００２６】
次に、マスター２５に変えて、測定したいワークが測定台２４上に載置されると共に、同じ要領でダイヤルゲージ２８の測定子２８ａをワークに接触させた状態で、ワークを一周させた時のダイヤルゲージ２８の読取値の平均値がワークの高さ寸法、すなわち、マスター２５との比較値となる。
【００２７】
リング状部品の外径寸法を手動で比較測定するには、一般的に図４に示すような手動測定器２３が使用されている。まず、測定台２４上にマスター２５が載置されると共に、マスター２５の外径に対応するように固定部２７の高さ調整が行われ、ダイヤルゲージ２８の高さ調整が行われる。そして、測定台２４上でマスター２５をＹ軸方向にスライドさせ、ダイヤルゲージ２８の測定子２８ａをマスター２５の外径に接触させた時のダイヤルゲージ２８の読取値を記録する。そして、マスター２５を所定量回転させてこの動作を繰り返し、マスター２５の一周分を数箇所に分割してダイヤルゲージ２８の読取値を記録する。これらの読取値の平均値がゼロ位置とされる。また、１周分の読取り値から最大値を求め、この位置をゼロ位置とする方法もある。
【００２８】
次に、マスター２５に変えて、測定したいワークが測定台２４上に載置されると共に、同じ要領で、測定台２４上でワークをＹ軸方向にスライドさせ、ダイヤルゲージ２８の測定子２８ａをワークの外径に接触させた時のダイヤルゲージ２８の読取値を記録する。そして、ワークを所定量回転させてこの動作を繰り返し、ワークの一周分を数箇所に分割してダイヤルゲージ２８の読取値を記録する。これらの読取値の平均値がワークの外径寸法、すなわち、マスター２５との比較値となる。また、１周分の読取り値から最大値を求め、その値とマスター２５との比較を行う方法もある。
【００２９】
図１および図２を用いて本発明に係る自動寸法測定装置によるリング状部品の高さ寸法および外径寸法の比較測定方法を説明する。高さ寸法測定（比較測定）は、
１．回転テーブル２に設けられたチャック（図示せず）にマスター（ワーク）１６をセットする。測定機に設けられた図示しないティーチング機構（ジョイスティック）を使って高さ寸法測定用のディテクタ１４を機械原点位置からマスター１６近傍へ移動させる。
２．次に測定開始スイッチを押すと、所定の速度で高さ寸法測定用のディテクタ１４がマスター１６へ接触を開始し、一定量の接触量に達すると送りが停止される。この時点から測定が開始可能状態となる。
３．その後、回転テーブル２を回転させ、マスター１６を一周分回転させながら測定を行う。
４．高さ寸法測定用のディテクタ１４をマスター１６に接触させた状態で一周回転させた時のＺ軸スケール１７の値を読み取り、測定データを平均化させ、測定した高さ寸法をゼロ位置としても良いし、既定の高さ寸法としても良い。
５．このような動作でマスター１６の高さ寸法の測定が完了しているため、高さ寸法測定用のディテクタ１４を機械原点に戻す。
６．次に測定したいワーク１６を回転テーブル２にセットし、予めプログラムされた一周分の測定回数（分割数）分の測定データを自動測定し、既に測定されたマスター１６との差を演算させる。本実施形態では、プログラムにより任意の測定箇所も設定可能とされている。すなわち、１個のマスター１６で模範較正を実施することで、Ｘ・Ｚ軸に設けられた各スケール１５、１７の有効範囲内での絶対寸法の測定も可能となる。
【００３０】
ここで、回転テーブル２のチャックにマスター１６を保持する場合、回転テーブル２の基準面の面振れが問題となるが、予め高さ寸法測定用のディテクタ１４により基準面の面振れデータを演算装置に記憶させておけば、測定データから差し引きして補正をすることもできる。
【００３１】
また、外径寸法測定（比較測定）は、
１．回転テーブル２に設けられたチャックにマスター１６をセットする。測定器に設けられたティーチング機構を使って測定プローブ１３を機械原点位置からマスター１６近傍へ移動させる。
２．次に測定開始スイッチを押すと、所定の速度で測定プローブ１３がマスター１６へ接触を開始し、一定量の接触量に達すると送りが停止される。この時点から測定が開始可能状態となる。
３．その後、回転テーブル２を回転させ、マスター１６を一周分回転させながら測定を行う。
４．測定プローブ１３をマスター１６に接触させた状態で一周回転させた時のＸ軸スケール１５の変化量を読み取り、測定データを平均化させ、測定した外径寸法をゼロ位置としても良いし、既定の外径寸法としても良い。
５．このような動作でマスター１６の外径寸法の測定が完了しているため、測定プローブ１３を機械原点に戻す。
６．次に測定したいワーク１６を回転テーブル２にセットし、予めプログラムされた一周分の測定回数（分割数）分の測定データを自動測定し、既に測定されたマスター１６との差を演算させる。本実施形態では、Ｚ軸方向の測定と同様にプログラムにより任意の測定箇所も設定可能とされている。すなわち、Ｚ軸テーブル３およびＸ軸テーブル４の走りに関する真直度、すなわち、ピッチングやヨーイング精度を高精度に保つと共に、回転テーブル２の回転精度（面振れ）および測定プローブ１３のプローブ球の中心とθ軸中心の芯ズレ誤差を極限に小さく抑えることにより、１個のマスター１６で模範較正を実施することで、Ｚ軸テーブル３およびＸ軸テーブル４に配設されている各スケール１５、１７の有効範囲内での絶対寸法の測定も可能となる。
【００３２】
ここでは、リング状部品からなるワーク１６を例示したが、これに限らず、例えば図６に示すような径差のある軸部品からなるワーク３２であっても良い。すなわち、ワーク３２の段差測定を行う場合、外径寸法の測定プローブ１３を基準面３２ａに接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、Ｘ軸スケール１５の変局点を求めることにより、基準面３２ａからの段差測定が可能となる。
【００３３】
また、Ｚ軸テーブル３を上下動させ、測定プローブ１３をワーク３２にトレースすることで、曲率等の形状測定が可能となる。すなわち、測定プローブ１３をワーク３２に接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、Ｘ軸スケール１５の変化量を読み取り、Ｚ軸スケール１７の読取値とで演算させることで曲率測定が可能となる。さらに、回転テーブル２を回転させることにより３次元形状測定も可能となる。
【００３４】
ここで、回転テーブル２のチャックにマスター１６を保持する場合、回転テーブル２のθ軸中心とマスター１６の軸心に必然的に芯ズレが生じるが、この芯ズレがある状態でも正確な測定ができるように、対向する１８０°位相での測定データを参照して平均化処理を行うことにより、少なくともＸ軸方向の芯ズレが僅かに存在する状態でも正確な外径寸法の測定が可能となる。すなわち、図７に示すように、例えば、ワーク１６の円周上で８分割のデータを取る場合、外径（直径）寸法にするため、分割数の２倍のｎ＝１６の測定データＸｎを採取し、その総和をｎ数で割ることにより外径寸法Ｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２＋・・・＋Ｘｎ）／ｎを求めることができる。
【００３５】
本実施形態では、Ｘ軸テーブル４を移動させると、Ｘ軸テーブル４上に載置されたフローティングテーブル３０も弾性支持部３１を介して同じ動作（移動）を開始する。この時、Ｘ軸スケール１５の値はフローティングテーブル３０の移動に対応して順次変化していく。次に、測定プローブ１３がマスター１６に接触した場合、フローティングテーブル３０が拘束されるため、Ｘ軸スケール１５の値がその位置にて停止する。この位置を接触開始点とし、ここから適宜な接触量だけ駆動モータ８に送りをかける。そして、この位置を接触完了位置とし、ここからＸ軸スケール１５のスケール値のデータ収集を開始する。このように、測定プローブ１３がフローティングテーブル２９に配設され、弾性支持部３１、３１によって挟持されているので、測定プローブ１３がワーク１６に接触した時に適度な測定荷重を付与することができ、高精度な測定結果が得られると共に、例えば、３次元測定機のようなタッチプローブ形式を使用しなくても良く、低コストで安定した測定が可能となる。
【００３６】
以上の構成は、図８に示すブロック図で示すことができる。各測定点におけるＸ軸スケール１５とＺ軸スケール１７の値は、それぞれＸ軸座標読取部３３とＺ軸座標読取部３４で読み取られ、座標値変換部３５で変換されると共に、θ軸エンコーダ３６の値はθ軸座標読取部３７で読み取られ、角度位相演算部３８を介して座標値変換部３５で変換される。取り込まれたデータは記憶されると同時に演算処理の対象となる。すなわち、既に記憶されているマスター座標値３９を取り出して、これらのデータとワークの測定により得られたワーク座標値４０とが比較演算部４１で比較・演算される。そして、この比較・演算された値と、予め公差設定部４２で記憶されている公差とが比較判定部４３で比較される。この比較結果により判定結果表示部４４で良否の表示がなされる。すなわち、比較判定部４３で測定結果が公差内にある場合は、良品としてＯＫ表示され、逆に公差外の場合は、不良品としてＮＧ表される。また、比較演算部４１で比較・演算されたワークの絶対寸法は、絶対寸法判定部４５で算出され、同じく判定結果表示部４４で表示される。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る自動寸法測定装置は、転がり軸受等の軸受部品の比較測定をはじめ、各種部品の寸法・形状を測定する装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る自動寸法測定装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】（ａ）は、一般的な外径寸法の手動測定器を示す正面図である。 （ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【図４】（ａ）は、同上、高さ寸法の手動測定器を示す正面図である。 （ｂ）は、（ａ）の側面図である。
【図５】本発明に係るフローティング機構を示す平面図である。
【図６】段付き部の測定動作を示す説明図である。
【図７】外径測定の実施例を示す説明図である。
【図８】本発明に係る自動寸法測定装置の機能ブロック図である。
【図９】従来の三次元比較測定装置の機能を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・・・・・・ベッド
２・・・・・・・・回転テーブル
３・・・・・・・・Ｚ軸テーブル
４・・・・・・・・Ｘ軸テーブル
５・・・・・・・・Ｘ軸検出ヘッド
６、１９・・・・・送り機構
７・・・・・・・・案内テーブル
８、２０・・・・・駆動モータ
９、１２、２１・・案内レール
１０、２２・・・・ボールねじ機構
１１・・・・・・・フローティング機構
１３・・・・・・・測定プローブ
１４・・・・・・・高さ寸法測定用のディテクタ
１５・・・・・・・Ｘ軸スケール
１６、２５、３２・ワーク（マスター）
１７・・・・・・・Ｚ軸スケール
１８・・・・・・・Ｚ軸検出ヘッド
２３・・・・・・・手動測定器
２４・・・・・・・測定台
２６・・・・・・・支柱
２７・・・・・・・固定部
２８・・・・・・・ダイヤルゲージ
２８ａ・・・・・・測定子
２９・・・・・・・案内部
３０・・・・・・・フローティングテーブル
３１・・・・・・・弾性支持部
３２ａ・・・・・・基準面
３３・・・・・・・・Ｘ軸座標読取部
３４・・・・・・・Ｚ軸座標読取部
３５・・・・・・・座標値変換部
３６・・・・・・・θ軸エンコーダ
３７・・・・・・・θ軸座標読取部
３８・・・・・・・角度位相演算部
３９・・・・・・・マスター座標値
４０・・・・・・・ワーク座標値
４１・・・・・・・比較演算部
４２・・・・・・・公差設定部
４３・・・・・・・比較判定部
４４・・・・・・・判定結果表示部
４５・・・・・・・絶対寸法判定部
５１・・・・・・・ワークのＸＹＺ座標値
５２・・・・・・・マスターのＸＹＺ座標値
５３・・・・・・・比較演算部
５４・・・・・・・公差設定部
５５・・・・・・・比較判別部
５６・・・・・・・記録表示部
５７・・・・・・・マスター座標値更新手段
５８・・・・・・・温度センサ
５９・・・・・・・温度演算部
６０・・・・・・・温度比較部
６１・・・・・・・温度差測定器
６２・・・・・・・測定値更新指令部
６３・・・・・・・時間計測器
６４・・・・・・・時間演算部
６５・・・・・・・時間比較部
６６・・・・・・・時間差測定器
ｎ・・・・・・・・測定の分割数
Ｘ・・・・・・・・外径寸法
Ｘ１＋・＋Ｘｎ・測定データ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上に設けられ、ワークが載置される回転テーブルと、
前記ベッドに立設されたＺ軸テーブルと、
このＺ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＺ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブルと、
このＸ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブルと、
この案内テーブル上に配設された高さ寸法測定用のディテクタ、およびフローティング機構を介して配設され、Ｘ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブとを備え、
前記Ｘ軸テーブルとＺ軸テーブル間に、Ｚ軸スケールと、このＺ軸スケールに対峙するＺ軸検出ヘッドが配設されると共に、
前記Ｘ軸テーブルと案内テーブル間に、Ｘ軸スケールと、このＸ軸スケールに対峙するＸ軸検出ヘッドが配設され、前記測定プローブが、弾性支持部によって支持されていることを特徴とする自動寸法測定装置。
【請求項２】
前記フローティング機構が、直動軸受からなる案内部を介して前記案内テーブルに対してＸ軸方向に相対移動可能に配設されたフローティングテーブルを備えている請求項１に記載の自動寸法測定装置。
【請求項３】
前記送り機構が、駆動モータと、この駆動モータの回転を軸方向運動に変換し、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブルとを相対移動させるボールねじ機構とを備えている請求項１または２に記載の自動寸法測定装置。
【請求項４】
前記弾性支持部がコイルばねまたはエアシリンダからなり、前記測定プローブが両側から当該弾性支持部によって挟持されている請求項１乃至３いずれかに記載の自動寸法測定装置。
【請求項５】
前記高さ寸法測定用のディテクタにより予め前記回転テーブルの基準面の面振れデータが演算装置に記憶されている請求項１乃至４いずれかに記載の自動寸法測定装置。
【請求項６】
前記測定プローブを基準面に接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、前記Ｘ軸スケールの変局点が求められる請求項１乃至５いずれかに記載の自動寸法測定装置。
【請求項７】
前記測定プローブを前記ワークに接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、前記Ｘ軸スケールの変化量を読み取り、前記Ｚ軸スケールの読取値とで演算させる請求項１乃至６いずれかに記載の自動寸法測定装置。
【請求項１】
ベッド上に設けられ、ワークが載置される回転テーブルと、
前記ベッドに立設されたＺ軸テーブルと、
このＺ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＺ軸方向に相対移動可能なＸ軸テーブルと、
このＸ軸テーブルに装備され、任意の位置に位置決め可能な送り機構を介してＸ軸方向に相対移動可能な案内テーブルと、
この案内テーブル上に配設された高さ寸法測定用のディテクタ、およびフローティング機構を介して配設され、Ｘ軸方向に相対移動可能に構成された測定プローブとを備え、
前記Ｘ軸テーブルとＺ軸テーブル間に、Ｚ軸スケールと、このＺ軸スケールに対峙するＺ軸検出ヘッドが配設されると共に、
前記Ｘ軸テーブルと案内テーブル間に、Ｘ軸スケールと、このＸ軸スケールに対峙するＸ軸検出ヘッドが配設され、前記測定プローブが、弾性支持部によって支持されていることを特徴とする自動寸法測定装置。
【請求項２】
前記フローティング機構が、直動軸受からなる案内部を介して前記案内テーブルに対してＸ軸方向に相対移動可能に配設されたフローティングテーブルを備えている請求項１に記載の自動寸法測定装置。
【請求項３】
前記送り機構が、駆動モータと、この駆動モータの回転を軸方向運動に変換し、前記Ｘ軸テーブルと案内テーブルとを相対移動させるボールねじ機構とを備えている請求項１または２に記載の自動寸法測定装置。
【請求項４】
前記弾性支持部がコイルばねまたはエアシリンダからなり、前記測定プローブが両側から当該弾性支持部によって挟持されている請求項１乃至３いずれかに記載の自動寸法測定装置。
【請求項５】
前記高さ寸法測定用のディテクタにより予め前記回転テーブルの基準面の面振れデータが演算装置に記憶されている請求項１乃至４いずれかに記載の自動寸法測定装置。
【請求項６】
前記測定プローブを基準面に接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、前記Ｘ軸スケールの変局点が求められる請求項１乃至５いずれかに記載の自動寸法測定装置。
【請求項７】
前記測定プローブを前記ワークに接触させた状態でＺ軸方向に移動させ、前記Ｘ軸スケールの変化量を読み取り、前記Ｚ軸スケールの読取値とで演算させる請求項１乃至６いずれかに記載の自動寸法測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−８５３６０（Ｐ２０１０−８５３６０Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５７３５４（Ｐ２００８−２５７３５４）
【出願日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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