輪郭形状測定装置
【課題】 生産現場においても、短時間で自動的にころの輪郭形状を精度良く測定し、形状評価が行える輪郭形状測定装置を提供する。
【解決手段】 被測定物支持手段１により支持されたころＷに対し、センサ移動機構４によりセンサ３を軸方向および垂直方向に移動させ、センサ３の先端の測定子２をころＷに接触させる。測定動作制御手段はセンサ移動機構４に一連の測定動作を行わせ、測定値記憶手段はころＷの軸方向複数箇所のセンサ３の測定値を記憶する。判定手段は、測定値記憶手段に記憶されたころＷの測定結果と、前記寸法データとを比較する。
【解決手段】 被測定物支持手段１により支持されたころＷに対し、センサ移動機構４によりセンサ３を軸方向および垂直方向に移動させ、センサ３の先端の測定子２をころＷに接触させる。測定動作制御手段はセンサ移動機構４に一連の測定動作を行わせ、測定値記憶手段はころＷの軸方向複数箇所のセンサ３の測定値を記憶する。判定手段は、測定値記憶手段に記憶されたころＷの測定結果と、前記寸法データとを比較する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、円筒ころ軸受、針状ころ軸受の構成部品である「ころ」の輪郭形状を精度良く測定できる輪郭形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、円筒ころ軸受、針状ころ軸受の構成部品であるころの外観図である。一般的にころは円筒状であり、両端面に近い部分がクラウニングと呼ばれる曲面（同図の点線Ｌ１で表される部分）となっている。この点線Ｌ１で示した部分の寸法および形状が、軸受の負荷容量や寿命等の性能に大きく影響する。このため、ころのクラウニング形状を正しく管理することが軸受の性能を維持していく上で非常に大切である。そのために、輪郭形状を精度良く測定できる測定装置が必要となる。
【０００３】
測定装置としては、例えば、株式会社東京精密の表面粗さ・輪郭形状測定機、サーフコムシリーズ（非特許文献１）や、株式会社ミツトヨの輪郭形状測定機、コントレーサシリーズ（非特許文献２）等が市販されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】株式会社東京精密 表面粗さ・輪郭形状測定機 製品カタログ http://www.accretech.jp/pdf/measuring/sfcm30a.pdf
【非特許文献２】株式会社ミツトヨ 輪郭形状測定機 製品カタログ Catalog No.4362(3) http://www.mitutoyo.co.jp/products/keijyou_rinkaku/cv_3100_4100.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの測定装置では、測定子がころ表面に押付けられ、ころ表面上を走査しながらころの輪郭形状を測定する。これら市販の測定装置は、ころの輪郭形状を十分な精度で測定できる性能を有するが、以下に示す問題がある。
図９は、市販の測定装置で測定したころの輪郭形状の測定結果の例を示す図である。図１０（Ａ）は、ころ、およびこのころを載置支持するワーク台が正しく設置された例を示す図である。図１０（Ｂ）は、ワーク台に対してころが傾いて設置された例を示す図、図１０（Ｃ）は、ワーク台が測定子の移動方向と平行に設置されていない例を示す図である。
【０００６】
図１０（Ｂ），（Ｃ）の状態でころＷの輪郭形状を測定すると、図９に示すように、ころ軸方向に対するころ直径方向の測定結果が、不所望に傾いた結果となってしまう。このことは実際の作業現場では十分起こり得ることである。
ころのクラウニング部の形状の評価は、通常、図１１に示すように、ころの端面３０からころ軸方向所定の位置Ｘ１でのＤ値で判定する。このＤ値は、ころ外径面から前記位置Ｘ１までの径方向寸法を指す。ところが、図９のように、ころ軸方向に対するころ直径方向の測定結果が傾いた結果であると、前記Ｄ値が即座に判定できない。従来は、これを解決するために、以下の（１）や（２）の手法で対処してきた。
【０００７】
（１）ワーク台に傾き調整機構を設け、ころの輪郭形状を測定する前に、ころを含むワーク台と測定子の移動方向とが平行となるように傾き調整を機械的に行う。この後、ころの輪郭形状の測定を実施する。
（２）ころの輪郭形状測定後に、この測定データをパーソナルコンピュータ等の記録装置に取り込んで、作業者がこのパーソナルコンピュータの演算部にて演算してころ輪郭の傾き補正を行う。
【０００８】
ところが、実際の生産現場でころの輪郭形状を測定する場合、
（１）の手法では手間つまり時間がかかり、ころの生産効率が低下する。
（２）の手法は生産現場では行えず、一旦作業を中断する必要が生じる。
また、（１），（２）共に人手が必要であり、全自動での測定が困難であった。
【０００９】
この発明の目的は、生産現場においても、短時間で自動的にころの輪郭形状を精度良く測定し、形状評価が行える輪郭形状測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の輪郭形状測定装置は、ころ軸受の構成部品であるころＷの輪郭形状を測定する測定装置であって、前記ころＷを所定の位置および姿勢に支持する被測定物支持手段１と、この被測定物支持手段１に支持されたころＷの輪郭形状を測定するセンサ３と、このセンサ３を、前記被測定物支持手段１に前記所定の位置および姿勢に支持されたころＷの軸方向、およびこの軸方向に直交する垂直方向に移動させるセンサ移動機構４と、前記ころＷの軸方向に沿って前記センサ３が走査するように、前記センサ移動機構４に一連の測定動作を行わせる測定動作制御手段５と、前記センサ３の走査の過程で前記ころＷの軸方向複数箇所における前記センサ３の測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段６と、測定対象であるころＷの目標値とする寸法データを記憶する目標寸法記憶手段７と、前記測定値記憶手段６に記憶されたころＷの測定結果と前記目標寸法記憶手段７に記憶されたころＷの寸法データとを比較し、測定されたころＷの輪郭形状の良否を判定する判定手段８とを有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、ころＷは被測定物支持手段１により支持される。この支持されたころＷに対し、センサ移動機構４によりセンサ３を前記軸方向および垂直方向に移動させる。測定動作制御手段５は、センサ移動機構４に一連の測定動作を行わせ、センサ３を前記ころＷの輪郭に沿って走査させる。測定値記憶手段６はころＷの軸方向複数箇所のセンサ３の測定値を取り込んで記憶する。ところで目標寸法記憶手段７には、測定対象であるころＷの目標値とする寸法データ、例えばころＷの製作図面のデータが記憶されている。判定手段８は、測定値記憶手段６に記憶されたころＷの測定結果と、前記寸法データとを比較する。これにより、判定手段８は、測定されたころＷの輪郭形状の良否を判定する。このように、ころＷの目標値とする寸法データを予め目標寸法記憶手段７に記憶しておき、実際の測定結果と比較するため、適切な形状評価が行える。このように、センサ移動機構４を介してセンサ３を走査させる測定動作制御手段５、およびセンサ３の測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段６を設け、かつ判定手段８を設けたので、生産現場においても、完全に全自動でころＷの輪郭形状の測定から評価まで、従来のものより短時間で行える。
【００１２】
前記判定手段８は、前記ころＷの姿勢はころＷの軸方向の傾きを含む場合に、前記測定値記憶手段６に記憶されたセンサ３の測定値に基づいて、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正する傾き誤差補正部８ａと、この傾き誤差補正部８ａで補正された補正データと前記寸法データとを比較する判定部８ｂとを有するものであっても良い。
【００１３】
この場合において、前記傾き誤差補正部８ａは、前記ころＷの直線部分の測定箇所における２点以上の測定点を用いて、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正する機能を有するものであっても良い。例えば、ころＷの直線部の両端位置、またはこの両端位置よりころ軸方向内側になる２点の位置が測定位置ａ、ｂとして設定される。ころＷが傾きのない状態でその輪郭形状をセンサ３により測定すると、２点ａ、ｂの測定値は同じ変位値となるはずである。ころ設置時の傾きや、被測定物支持手段１自体の傾き等がある場合、２点ａ、ｂの測定値に差を生じる。この２点ａ、ｂの測定値の差から、判定手段８の傾き誤差補正部８ａは、ころＷの軸方向の傾き誤差を補正する。この補正後、判定部８ｂは、補正データと寸法データとを比較してころＷの輪郭形状の良否を判定する。この場合、ころＷの傾き調整を機械的に行う必要がなく、その分従来技術のものより、周辺設備を簡略化でき、かつ形状測定にかかる時間短縮を図ることができる。また、傾き誤差を補正するとき、測定作業等を一旦中断する必要もなく、サイクルタイムの短縮を図ることも可能となる。
【００１４】
前記傾き誤差補正部８ａは、前記傾き誤差の補正に用いる測定点の位置を、目標寸法記憶手段７に記憶されたそれぞれのころ軸受またはころの型番毎の寸法データから自動的に決定しても良い。この場合、演算処理負荷の軽減を図ることが可能となる。
【００１５】
前記傾き誤差補正部８ａは、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正するとき、この補正量が所定の閾値以上となった場合に測定値を無効とする機能を有するものであっても良い。ころＷが例えば異物を挟んで支持された場合、ころＷが安定して固定されず、測定中にころＷが動き誤測定をしてしまう可能性がある。そこで、傾き誤差を補正するとき、通常の測定では起こりえない想定外の大きな傾きが算出された場合の測定値を「異常」と判断する。すなわち、補正量が所定の閾値以上となった場合に、この測定値を「異常」と判断し無効とした。
【００１６】
前記センサ３は、ころＷに接触させる測定子２を備えた接触式の変位センサであっても良い。この測定子２をころＷに接触させつつセンサ３をころＷの輪郭に沿って走査させ、この測定子２の機械的変位を例えば電磁誘導等を利用して電気信号に変換する。
【００１７】
センサ移動機構４の駆動源ｍａ，ｍｂとして、例えば位置検出器を含むモータ等が適用される。前記のようにセンサ３をころＷの輪郭に沿って走査させると、センサ３のころ軸方向位置に対応する信号が位置検出器により出力されると共に、同センサ３の直交方向位置に対応する信号が位置検出器により出力される。センサ３のころ軸方向位置に対応する信号に基づく値を、ころＷの輪郭の軸方向座標として測定値記憶手段６に記憶する。また、センサ３の直交方向位置に対応する信号と、前記測定子２自身の機械的変位に基づく電気信号との和により算出される値を、関係設定手段またはテーブル等に照らして、ころＷの輪郭の径方向座標として前記軸方向座標と共に測定値記憶手段６に記憶する。
【００１８】
前記センサ３の測定子２の先端部分を、測定対象であるころＷの形状に応じて付け替え可能としても良い。ころＷの形状に応じて、測定子２の先端部分の形状、寸法等を変えて使用することで、ころＷの輪郭形状をより安定して計測することが可能となる。
【００１９】
前記センサ３は、ころＷに接触させない非接触方式のセンサ３であっても良い。
前記非接触方式のセンサ３は、レーザレンサであっても良い。
前記非接触方式のセンサ３は、静電容量センサであっても良い。
前記非接触方式のセンサ３は、磁気式センサであっても良い。
これらの場合、測定時にころＷに傷を付ける心配がなく、製品の歩留まりを高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の輪郭形状測定装置は、ころ軸受の構成部品であるころの輪郭形状を測定する測定装置であって、前記ころを所定の位置および姿勢に支持する被測定物支持手段と、この被測定物支持手段に支持されたころの輪郭形状を測定するセンサと、このセンサを、前記被測定物支持手段に前記所定の位置および姿勢に支持されたころの軸方向、およびこの軸方向に直交する垂直方向に移動させるセンサ移動機構と、前記ころの軸方向に沿って前記センサが走査するように、前記センサ移動機構に一連の測定動作を行わせる測定動作制御手段と、前記センサの走査の過程で前記ころの軸方向複数箇所における前記センサの測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段と、測定対象であるころの目標値とする寸法データを記憶する目標寸法記憶手段と、前記測定値記憶手段に記憶されたころの測定結果と前記目標寸法記憶手段に記憶されたころの寸法データとを比較し、測定されたころの輪郭形状の良否を判定する判定手段とを有する。このため、生産現場においても、短時間で自動的にころの輪郭形状を精度良く測定し、形状評価が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施形態に係る輪郭形状測定装置の構成を表す図である。
【図２】同輪郭形状測定装置の制御系のブロック図である。
【図３】同輪郭形状測定装置の動作説明図である。
【図４】同輪郭形状測定装置で得られた傾き補正前の測定値を示す図である。
【図５】同測定値を傾き補正した後のデータを示す図である。
【図６】この発明の他の実施形態に係る傾き補正の説明図である。
【図７】ころとワーク台との間にごみが挟まった場合の要部拡大図である。
【図８】ころ軸受の構成部品である「ころ」の外観図である。
【図９】従来の測定装置で測定したころの輪郭形状の測定結果の例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、ころ、およびこのころを載置支持するワーク台が正しく設置された例を示す図、（Ｂ）は、ワーク台に対してころが傾いて設置された例を示す図、（Ｃ）は、ワーク台が測定子の移動方向と平行に設置されていない例を示す図である。
【図１１】ころの輪郭形状の評価を行う図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この実施形態に係る輪郭形状測定装置は、例えば、円筒ころ軸受、針状ころ軸受の構成部品である「ころ」の輪郭形状を測定する装置である。以下の説明は、輪郭形状測定方法についての説明をも含む。図１に示すように、輪郭形状測定装置は、主に、測定装置本体Ｍと、制御ユニットＣＵと、出力手段９とを有する。
【００２３】
測定装置本体Ｍについて説明する。
図１に示すように、測定装置本体Ｍは、被測定物支持手段１と、センサ３と、センサ移動機構４とを有する。被測定物支持手段１は、ころＷを所定の位置および姿勢に支持するものであり、ワーク台１２、ころ押え１３，１３、および、ばね部材１４を備える。ワーク台１２は例えば直方体状に形成され、このワーク台１２の上面にころＷが載置可能になっている。ワーク台１２の上面から上方に立ち上がる柱部１５，１５が、後述する測定子２の移動方向（図１矢符Ｘ方向）に所定距離離隔して平行に配置される。対向する柱部１５，１５のうち一方の柱部１５の内側面部に、ころ押え１３が固着される。他方の柱部１５の内側面部に、例えば円筒状のガイド部材（図示せず）が設けられ、且つ、このガイド部材内で移動可能に支持される圧縮コイルばねから成るばね部材１４が設けられる。このばね部材１４の一端が前記柱部１５の内側面部に固定され、このばね部材１４の他端にころ押え１３が固定される。
【００２４】
柱部１５および前記ガイド部材により、一対のころ押え１３，１３は、測定子２の移動方向に平行で且つ一直線上に配置される。各ころ押え１３の基端部が、柱部１５の内側面部またはばね部材１４に固着され、各ころ押え１３の先端部が凸曲線形状である。ころ外周面の直線部がワーク台１２の上面に載置されると共に、これらころ押え１３の先端部間にころＷが保持され、ころＷの両端面が、ばね部材１４の付勢力でもって両ころ押えの先端部により挟持される。よって、ころＷが所定の位置および姿勢に支持される。なお、ころＷをワーク台１２に載置する動作は手動、自動のいずれでも良い。自動の場合、ローディング装置（図示せず）を設ける。
【００２５】
センサ３は、図１の例では、前記支持されたころＷに対して、同センサ先端の測定子２を接触させてころＷの輪郭形状を測定する接触式の変位センサが適用される。この変位センサは、ケーシング３ａと、このケーシング３ａから突出する測定子２と、この測定子２の変位量を検出する検出手段とを有する。例えば、変位センサは、電気マイクロメータ等から成り、ケーシング３ａと、このケーシング３ａに内蔵される差動トランス３ｂと、この差動トランス３ｂのコア３ｂａに繋がりケーシング３ａから突出する測定子２と、ケーシング３ａ内に設けられ且つ測定子２を測定対象の輪郭に追従して接触させる付勢力を与えるばね部材３ｃとを有する。測定子２がころＷに接触して変位すると、この測定子２に繋がるコア３ｂａがばね部材３ｃの付勢力に抗して移動し、変位が電気信号として取り出される。
【００２６】
センサ移動機構４は、センサ３を、前記所定の位置および姿勢に支持されたころＷの軸方向（図１矢符Ｘ方向）、およびこの軸方向に直交する垂直方向（図１矢符Ｙ方向）に移動させる。すなわち、センサ移動機構４は、ワーク台１２を跨ぐ門形のフレーム１６と、Ｘテーブル装置１１と、Ｙテーブル装置１０と、駆動源ｍａ，ｍｂとを有する。各駆動源ｍａ（ｍｂ）は、例えば位置検出器ｍａ１（ｍｂ１）を含むサーボモータ等である。Ｘテーブル装置１１は、移動体であるＸテーブル１１ａと、このＸテーブル１１ａを図１Ｘ方向に案内する案内部材１１ｂと、Ｘ方向に移動させるボールねじ機構１８とを有する。
【００２７】
フレーム１６のうち脚部１６ａ，１６ａに、梁部１６ｂが架設されている。この梁部１６ｂにおける長手方向つまりＸ方向に沿って、ボールねじ機構１８のねじ軸が回転可能に設置される。前記ねじ軸は駆動源ｍｂにより回転駆動可能である。Ｘテーブル１１ａには、ボールねじ機構１８のナット部が設けられ、Ｘテーブル１１ａは、梁部１６ｂに対しＸ方向に案内自在に支持される。よって、Ｘテーブル１１ａは、駆動源ｍｂによりボールねじ機構１８を介して図１Ｘ方向に移動可能に構成される。
【００２８】
Ｙテーブル装置１０は、移動体であるＹテーブル１０ａと、このＹテーブル１０ａを図１Ｙ方向に案内する案内部材１０ｂと、Ｙ方向に移動させるボールねじ機構１９とを有する。前記Ｘテーブル１１ａにおけるＹ方向に沿って、ボールねじ機構１９のねじ軸が回転可能に設置される。前記ねじ軸は駆動源ｍａにより回転駆動可能である。Ｙテーブル１０ａには、ボールねじ機構１９のナット部が設けられ、Ｙテーブル１０ａは、Ｘテーブル１１ａに対しＹ方向に案内自在に支持される。よって、Ｙテーブル１０ａは、駆動源ｍａによりボールねじ機構１９を介して図１Ｙ方向に移動可能に構成される。このＹテーブル１０ａに、前記センサ３が取り付けられている。
【００２９】
制御ユニットＣＵについて説明する。
制御ユニットＣＵは、例えば、コンピュータと、このコンピュータの記録媒体等に格納されて実行されるプログラムとでなる。図２に示すように、制御ユニットＣＵは、測定動作制御手段５と、測定値記憶手段６と、目標寸法記憶手段７と、判定手段８とを有する。測定動作制御手段５は、上記プログラムの一部となるプログラムを備え、このプログラムにより、前記支持されたころＷの軸方向の少なくとも複数箇所に、センサ３の測定子２（図１）が順次接するように、センサ移動機構４に一連の測定動作を行わせる。この測定動作のプログラムは、例えば、オペレータのティーチング操作等により、ころＷの型番毎にセンサ３を試験的に移動させて、そのセンサ３の移動軌跡を再現できるように、駆動源ｍａ，ｍｂ（図１）を制御するプログラムである。測定値記憶手段６は、センサ３の測定値を取込んで記憶する手段である。測定値の取込みは、設定されたＸ方向のサンプリング間隔、または時間的なサンプリング間隔毎に行ってもよく、また設定されたＸ方向位置で行うようにしてもよい。測定値記憶手段６によるセンサ３の測定値の記憶は、センサ３のＸ方向位置と共に行ってもよい。
【００３０】
具体的には、オペレータが測定開始スイッチＳＷをオンにすると、図３(1),(2)に示すように、センサ３がころＷに対しＸ方向およびＹ方向に離隔した初期位置Ｐ１から、データ取得前の準備位置Ｐ２に移行する。このセンサ３の準備位置Ｐ２は、例えば、センサ３を初期位置Ｐ１からころＷに近づくようにＹ方向に移動させた位置であって、その後、センサ３をＸ方向に移動させることにより、測定子２がころＷの表面に倣って突没可能な位置である。図１〜図３に示すように、測定動作制御手段５は、前記プログラムに基づいて駆動源ｍａ，ｍｂを駆動制御することで、Ｘ，Ｙテーブル１１ａ，１０ａを図１ＸおよびＹ方向に移動させ、センサ３を初期位置Ｐ１から準備位置Ｐ２に移動させる。
その後、測定動作制御手段５は、前記プログラムに基づいて駆動源ｍｂのみ駆動制御することでＸテーブル１１ａを図１Ｘ方向に移動させ、図３(3)〜(5)に示すように、センサ３を準備位置Ｐ２から順次データ取得開始位置Ｐ３、途中位置Ｐ４、データ取得終了位置Ｐ５に移動させる。このセンサ３の移動により、測定子２がころＷの表面に倣って突没し、ころＷの輪郭に沿って移動する。
【００３１】
図３(3)〜(5)に示すように、測定動作制御手段５（図２）の制御により、測定子２をころ軸方向に走査すると、センサ３のＸ方向位置に対応する信号が駆動源ｍｂの位置検出器ｍｂ１により出力されると共に、同センサ３のＹ方向位置に対応する信号が駆動源ｍａの位置検出器ｍａ１により出力される。
【００３２】
また、図３(3)〜(5)に示すように、測定子２がころＷに接触して変位すると、この測定子２に繋がるコア３ｂａがばね部材３ｃの付勢力に抗して移動し、変位が電気信号として取り出される。この取り出された電気信号と、位置検出器ｍａ１により出力される信号との和により算出される値が、ころＷの輪郭の径方向座標となる。この径方向座標は、位置検出器ｍｂ１により出力される信号により得られるころＷの輪郭の軸方向座標と共に、関連付けて測定値記憶手段６に記憶される。この場合において、一つの軸方向座標に関連付けられた一つの径方向座標が、所定のサンプリング間隔毎に複数個記憶される形態であっても良い。また、互いに関連付けられた軸方向および径方向座標が、連続的または間欠的に記憶される形態であっても良い。なお、測定動作制御手段５は、センサ３をデータ取得終了位置Ｐ５に移動させた後、駆動源ｍａ，ｍｂを駆動制御してＸ，Ｙテーブル１１ａ，１０ａを移動させ、センサ３をころＷから離隔した離隔位置Ｐ６，Ｐ７に順次移動させる。
【００３３】
目標寸法記憶手段７は、測定対象であるころＷの目標値とする寸法データを記憶する。前記寸法データは、目標寸法およびこの目標寸法に対する許容値を含む。この目標寸法に対する許容値は、関連付けられた軸方向および径方向座標として記憶されても良いし、ころＷの任意の軸方向位置に対する径方向位置が一義的に求められる関数式等から成るものとして記憶されても良い。
例えば、目標寸法に対する許容値が座標として記憶される場合、ある軸方向座標に関連付けられた、目標寸法となる径方向座標が記憶されると共に、この径方向座標の負側公差と正側公差とが記憶される。この例では、直線部、クラウニング部共に、目標寸法となる径方向座標が記憶されると共に、この径方向座標の負側公差と正側公差とが記憶される。これら軸方向座標、径方向座標、負側公差、および正側公差は、ころＷの製作図面のデータから軸受の型番またはころＷの型番毎に予め入力し目標寸法記憶手段７に記憶しておく。
【００３４】
前記測定値記憶手段６は、センサ３の信号を取り込む信号取込み動作と、この信号に得られた座標を記憶する２つの機能とを有する。測定子２がころＷに接触して変位したとき、測定値記憶手段６は前記信号取込み動作を開始しする。その後、測定子２がころＷから離れて変位しなくなると、測定値記憶手段６は前記信号取込み動作を終了する。
【００３５】
判定手段８は、測定値記憶手段６に記憶されたころＷの測定結果と、目標寸法記憶手段７に記憶されたころＷの寸法データとを比較し、測定されたころＷの輪郭形状の良否を判定する判定部８ｂを有する。この判定部８ｂによる判定結果は出力手段９に出力される。出力手段９は、例えば、モニタ（ディスプレイと同義）によって実現される。ただし、出力手段９はモニタだけに限定されるものではなく、プリンタ等であっても良い。
【００３６】
判定手段８は、前記ころＷの測定結果と、目標寸法記憶手段７に記憶されたころＷの寸法データとを比較演算する演算プログラム等からなる。この演算プログラムは、上記コンピュータの記録媒体等に格納されて実行されるプログラムの一部である。
判定手段８は、測定値記憶手段６に関連付けて記憶された、ころＷのクラウニング部の軸方向座標および径方向座標が、この軸方向座標における目標寸法に対する許容値に入っているか否かを判定する。換言すれば、判定手段８は、クラウニング部において、測定値記憶手段６に記憶された一つの軸方向座標に関連付けられた径方向座標（図５のＤ値）が、目標寸法記憶手段７に記憶された前記軸方向座標に関連付けられた、径方向座標の負側公差と正側公差との間に収まっているか否かを判断してころＷの輪郭形状の良否を判定する。
判定手段８は、径方向座標（図５のＤ値）が決められた負側公差と正側公差との間に収まっていないとの判断で、ころ「不良」と判定し、その旨、出力手段９に出力させる。逆に判定手段８は、Ｄ値が決められた寸法の公差内にあるとの判断で、ころ「良」と判定し、その旨、出力手段９に出力させる。
【００３７】
また、判定手段８は、測定値記憶手段６に記憶されたセンサ３の測定値に基づいて、ころＷの軸方向の傾き誤差を補正する傾き誤差補正部８ａを有する。つまり、センサ３の測定子２を図３(3)〜(5)に示すようにころＷの輪郭に沿って移動させると、図４に示すような測定データが得られる。例えば、ころ設置時の傾きや、ワーク台１２の傾き等によって、通常、傾きのある測定結果が得られる。図４の２点ａ，ｂの測定位置は、目標寸法記憶手段７に記憶された寸法データから、それぞれのころ軸受またはころＷの型番の「ころ」毎に、ころＷの直線部Ｌａの両端位置、またはこれら両端位置よりころ軸方向内側になるように設定される。２点ａ，ｂの測定位置はころ測定前に目標寸法記憶手段７に入力されている。例えば、目標寸法記憶手段７には、ころ軸受またはころＷの型番毎に目標寸法と共に前記２点ａ，ｂの測定位置を記憶させておき、適宜の入力手段からの入力で型番を選択することにより、その選択された型番の目標寸法および測定位置ａ，ｂが、判定手段８による判定対象として用いられる。
【００３８】
ころＷがころ軸方向に対し傾きのない状態で測定子２により測定された場合、前記２点ａ，ｂは同じ変位値、つまりセンサ３での測定値となるはずである。ころＷがころ軸方向に対し傾いて設置された場合、２点ａ，ｂの測定値に差が生じる。
ここで、点ａの位置であるＸ方向座標をａｘ、このａｘにおけるセンサ３の測定値をａｙとする。点ｂの位置であるＸ方向座標をｂｘ、このｂｘにおけるセンサ３の測定値をｂｙとすると、ころＷの傾きは以下の式で与えられる。
傾き値＝（ｂｙ−ａｙ）／（ｂｘ−ａｘ）
傾き誤差補正部８ａは、得られた傾き値から、全ての点での測定データを傾き補正する。具体的には、例えば、全座標に関し、ａ点を基準として前記傾き値の角度分、図４矢符Ｌ２の方向に回転させる傾き補正を施す。矢符Ｌ２の回転方向とは、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ直交する軸回りの回転方向である。この傾き補正により、図５の結果を得る。その後、判定手段８の判定部８ｂは、前述のように、ころＷの輪郭形状の良否を行う。
【００３９】
以上説明した輪郭形状測定装置によると、支持されたころＷに対し、センサ移動機構４によりセンサ３をころ軸方向およびころ直径方向に移動させ、センサ３の測定子２を前記ころＷに接触させる。測定動作制御手段５は、図３(3)〜(5)に示すようにセンサ移動機構４に一連の測定動作を行わせ、この間、測定値記憶手段６は、ころＷの軸方向複数箇所のセンサ３の測定値を連続して取り込んで記憶する。判定手段８は、測定値記憶手段６に記憶されたころＷの測定結果と、目標寸法記憶手段７に記憶された寸法データとを比較する。これにより、判定手段８は、測定されたころＷの輪郭形状の良否を判定する。このように、ころＷの目標値とする寸法データを予め目標寸法記憶手段７に記憶しておき、実際の測定結果と比較するため、適切な形状評価が行える。このように、センサ移動機構４を介してセンサ３を走査させる測定動作制御手段５、およびセンサ３の測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段６を設け、かつ判定手段８を設けたので、生産現場においても、完全に全自動でころＷの輪郭形状の測定から評価まで、従来のものより短時間で行える。
【００４０】
測定値記憶手段６に記憶されたセンサ３の測定値に基づいて、判定手段８は、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正し、この補正データと前記寸法データとを比較し得る。このため、ころＷの傾き調整を機械的に行う必要がなく、その分従来技術よりも、周辺設備を簡略化でき、かつ形状測定にかかる時間短縮を図ることができる。傾き誤差を補正するとき、測定作業等を一旦中断する必要もなく、サイクルタイムの短縮を図ることも可能となる。
判定手段８が、傾き誤差の補正に用いる測定点の位置を、目標寸法記憶手段７に記憶されたそれぞれの型番毎の寸法データから自動的に決定する場合、演算処理負荷の軽減を図ることが可能となる。
【００４１】
この発明の他の実施形態について説明する。
前述の実施形態では、傾き補正を前記２点ａ，ｂの測定結果から行っているが、２点ａ，ｂに限定されるものではない。傾き補正の精度をより上げるため、例えば、図６に示すように、３点以上（この例ではａ，ｂ，ｃ，ｄの４点）の測定値から直線式Ｌｂを導き出して、その直線式Ｌｂの傾きαから傾き値を求めて傾き補正を行っても良い。
【００４２】
判定手段８の傾き誤差補正部８ａは、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正するとき、この補正量が所定の閾値以上となった場合に測定値を無効とする機能を有するものであっても良い。この輪郭形状測定装置で、ころＷの輪郭形状を測定するとき、図７に示すように、ころＷとワーク台１２との間にゴミ等の異物１７が挟まった場合、ころＷが安定して固定されない。つまり測定中にころＷが不所望に動き、誤測定をしてしまう可能性がある。そこで、本装置では、傾き補正を行うとき、通常の測定では起こりえない想定外に大きな傾き値が算出された場合、判定手段８の判定部８ｂは、この測定値を異常と判断し無効とする。この無効とした測定値の良否判定を行う必要がなくなるので、作業効率を高めることが可能となる。
【００４３】
センサ３の測定子２の先端部分を、測定対象であるころＷの形状に応じて付け替え可能としても良い。
測定子の先端部は球状の形状であるが、ころＷのクラウニングの曲面半径Ｒの大きさに応じて、先端球部の半径Ｒのサイズを変える。例えば、クラウニングの曲面半径Ｒが小さい場合は、測定子の球部半径Ｒが大きいと測定誤差が発生するため、できるだけ小さな球部半径Ｒの測定子を使用することが望ましい。
逆に小さな球部半径Ｒの測定子は、破損しやすいなどの欠点もある。よって、用途により先端球部の半径Ｒの異なる測定子を使いわけることが必要となる。
ころＷの形状に応じて、測定子２の先端部分の形状、寸法等を変えて使用することで、ころＷの輪郭形状をより安定して計測することが可能となる。
前記各実施形態では、先端に測定子２を装備した接触方式のセンサ３を使用しているが、この接触方式のセンサ３の代わりに非接触方式の測定センサを使用しても良い。この非接触方式の測定センサとして、例えば、レーザセンサ、静電容量センサ、磁気センサ等を用途、精度に応じて使用することが可能である。非接触方式の測定センサを使用する場合、ころＷに傷を付ける心配がなく、製品の歩留まりを高めることができる。
駆動源ｍａ（ｍｂ）は、位置検出器を含まないモータであっても良い。例えば、このモータの出力するパルス信号により、センサ３のＸ方向位置、Ｙ方向位置を検出し、ころＷの輪郭形状を得るようにしても良い。
この発明の輪郭形状測定装置を用いて、軸受の構成部品以外のころの輪郭形状を測定することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…被測定物支持手段
２…測定子
３…センサ
４…センサ移動機構
５…測定動作制御手段
６…測定値記憶手段
７…目標寸法記憶手段
８…判定手段
８ａ…傾き誤差補正部
８ｂ…判定部
Ｗ…ころ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、円筒ころ軸受、針状ころ軸受の構成部品である「ころ」の輪郭形状を精度良く測定できる輪郭形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、円筒ころ軸受、針状ころ軸受の構成部品であるころの外観図である。一般的にころは円筒状であり、両端面に近い部分がクラウニングと呼ばれる曲面（同図の点線Ｌ１で表される部分）となっている。この点線Ｌ１で示した部分の寸法および形状が、軸受の負荷容量や寿命等の性能に大きく影響する。このため、ころのクラウニング形状を正しく管理することが軸受の性能を維持していく上で非常に大切である。そのために、輪郭形状を精度良く測定できる測定装置が必要となる。
【０００３】
測定装置としては、例えば、株式会社東京精密の表面粗さ・輪郭形状測定機、サーフコムシリーズ（非特許文献１）や、株式会社ミツトヨの輪郭形状測定機、コントレーサシリーズ（非特許文献２）等が市販されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】株式会社東京精密 表面粗さ・輪郭形状測定機 製品カタログ http://www.accretech.jp/pdf/measuring/sfcm30a.pdf
【非特許文献２】株式会社ミツトヨ 輪郭形状測定機 製品カタログ Catalog No.4362(3) http://www.mitutoyo.co.jp/products/keijyou_rinkaku/cv_3100_4100.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの測定装置では、測定子がころ表面に押付けられ、ころ表面上を走査しながらころの輪郭形状を測定する。これら市販の測定装置は、ころの輪郭形状を十分な精度で測定できる性能を有するが、以下に示す問題がある。
図９は、市販の測定装置で測定したころの輪郭形状の測定結果の例を示す図である。図１０（Ａ）は、ころ、およびこのころを載置支持するワーク台が正しく設置された例を示す図である。図１０（Ｂ）は、ワーク台に対してころが傾いて設置された例を示す図、図１０（Ｃ）は、ワーク台が測定子の移動方向と平行に設置されていない例を示す図である。
【０００６】
図１０（Ｂ），（Ｃ）の状態でころＷの輪郭形状を測定すると、図９に示すように、ころ軸方向に対するころ直径方向の測定結果が、不所望に傾いた結果となってしまう。このことは実際の作業現場では十分起こり得ることである。
ころのクラウニング部の形状の評価は、通常、図１１に示すように、ころの端面３０からころ軸方向所定の位置Ｘ１でのＤ値で判定する。このＤ値は、ころ外径面から前記位置Ｘ１までの径方向寸法を指す。ところが、図９のように、ころ軸方向に対するころ直径方向の測定結果が傾いた結果であると、前記Ｄ値が即座に判定できない。従来は、これを解決するために、以下の（１）や（２）の手法で対処してきた。
【０００７】
（１）ワーク台に傾き調整機構を設け、ころの輪郭形状を測定する前に、ころを含むワーク台と測定子の移動方向とが平行となるように傾き調整を機械的に行う。この後、ころの輪郭形状の測定を実施する。
（２）ころの輪郭形状測定後に、この測定データをパーソナルコンピュータ等の記録装置に取り込んで、作業者がこのパーソナルコンピュータの演算部にて演算してころ輪郭の傾き補正を行う。
【０００８】
ところが、実際の生産現場でころの輪郭形状を測定する場合、
（１）の手法では手間つまり時間がかかり、ころの生産効率が低下する。
（２）の手法は生産現場では行えず、一旦作業を中断する必要が生じる。
また、（１），（２）共に人手が必要であり、全自動での測定が困難であった。
【０００９】
この発明の目的は、生産現場においても、短時間で自動的にころの輪郭形状を精度良く測定し、形状評価が行える輪郭形状測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の輪郭形状測定装置は、ころ軸受の構成部品であるころＷの輪郭形状を測定する測定装置であって、前記ころＷを所定の位置および姿勢に支持する被測定物支持手段１と、この被測定物支持手段１に支持されたころＷの輪郭形状を測定するセンサ３と、このセンサ３を、前記被測定物支持手段１に前記所定の位置および姿勢に支持されたころＷの軸方向、およびこの軸方向に直交する垂直方向に移動させるセンサ移動機構４と、前記ころＷの軸方向に沿って前記センサ３が走査するように、前記センサ移動機構４に一連の測定動作を行わせる測定動作制御手段５と、前記センサ３の走査の過程で前記ころＷの軸方向複数箇所における前記センサ３の測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段６と、測定対象であるころＷの目標値とする寸法データを記憶する目標寸法記憶手段７と、前記測定値記憶手段６に記憶されたころＷの測定結果と前記目標寸法記憶手段７に記憶されたころＷの寸法データとを比較し、測定されたころＷの輪郭形状の良否を判定する判定手段８とを有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、ころＷは被測定物支持手段１により支持される。この支持されたころＷに対し、センサ移動機構４によりセンサ３を前記軸方向および垂直方向に移動させる。測定動作制御手段５は、センサ移動機構４に一連の測定動作を行わせ、センサ３を前記ころＷの輪郭に沿って走査させる。測定値記憶手段６はころＷの軸方向複数箇所のセンサ３の測定値を取り込んで記憶する。ところで目標寸法記憶手段７には、測定対象であるころＷの目標値とする寸法データ、例えばころＷの製作図面のデータが記憶されている。判定手段８は、測定値記憶手段６に記憶されたころＷの測定結果と、前記寸法データとを比較する。これにより、判定手段８は、測定されたころＷの輪郭形状の良否を判定する。このように、ころＷの目標値とする寸法データを予め目標寸法記憶手段７に記憶しておき、実際の測定結果と比較するため、適切な形状評価が行える。このように、センサ移動機構４を介してセンサ３を走査させる測定動作制御手段５、およびセンサ３の測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段６を設け、かつ判定手段８を設けたので、生産現場においても、完全に全自動でころＷの輪郭形状の測定から評価まで、従来のものより短時間で行える。
【００１２】
前記判定手段８は、前記ころＷの姿勢はころＷの軸方向の傾きを含む場合に、前記測定値記憶手段６に記憶されたセンサ３の測定値に基づいて、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正する傾き誤差補正部８ａと、この傾き誤差補正部８ａで補正された補正データと前記寸法データとを比較する判定部８ｂとを有するものであっても良い。
【００１３】
この場合において、前記傾き誤差補正部８ａは、前記ころＷの直線部分の測定箇所における２点以上の測定点を用いて、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正する機能を有するものであっても良い。例えば、ころＷの直線部の両端位置、またはこの両端位置よりころ軸方向内側になる２点の位置が測定位置ａ、ｂとして設定される。ころＷが傾きのない状態でその輪郭形状をセンサ３により測定すると、２点ａ、ｂの測定値は同じ変位値となるはずである。ころ設置時の傾きや、被測定物支持手段１自体の傾き等がある場合、２点ａ、ｂの測定値に差を生じる。この２点ａ、ｂの測定値の差から、判定手段８の傾き誤差補正部８ａは、ころＷの軸方向の傾き誤差を補正する。この補正後、判定部８ｂは、補正データと寸法データとを比較してころＷの輪郭形状の良否を判定する。この場合、ころＷの傾き調整を機械的に行う必要がなく、その分従来技術のものより、周辺設備を簡略化でき、かつ形状測定にかかる時間短縮を図ることができる。また、傾き誤差を補正するとき、測定作業等を一旦中断する必要もなく、サイクルタイムの短縮を図ることも可能となる。
【００１４】
前記傾き誤差補正部８ａは、前記傾き誤差の補正に用いる測定点の位置を、目標寸法記憶手段７に記憶されたそれぞれのころ軸受またはころの型番毎の寸法データから自動的に決定しても良い。この場合、演算処理負荷の軽減を図ることが可能となる。
【００１５】
前記傾き誤差補正部８ａは、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正するとき、この補正量が所定の閾値以上となった場合に測定値を無効とする機能を有するものであっても良い。ころＷが例えば異物を挟んで支持された場合、ころＷが安定して固定されず、測定中にころＷが動き誤測定をしてしまう可能性がある。そこで、傾き誤差を補正するとき、通常の測定では起こりえない想定外の大きな傾きが算出された場合の測定値を「異常」と判断する。すなわち、補正量が所定の閾値以上となった場合に、この測定値を「異常」と判断し無効とした。
【００１６】
前記センサ３は、ころＷに接触させる測定子２を備えた接触式の変位センサであっても良い。この測定子２をころＷに接触させつつセンサ３をころＷの輪郭に沿って走査させ、この測定子２の機械的変位を例えば電磁誘導等を利用して電気信号に変換する。
【００１７】
センサ移動機構４の駆動源ｍａ，ｍｂとして、例えば位置検出器を含むモータ等が適用される。前記のようにセンサ３をころＷの輪郭に沿って走査させると、センサ３のころ軸方向位置に対応する信号が位置検出器により出力されると共に、同センサ３の直交方向位置に対応する信号が位置検出器により出力される。センサ３のころ軸方向位置に対応する信号に基づく値を、ころＷの輪郭の軸方向座標として測定値記憶手段６に記憶する。また、センサ３の直交方向位置に対応する信号と、前記測定子２自身の機械的変位に基づく電気信号との和により算出される値を、関係設定手段またはテーブル等に照らして、ころＷの輪郭の径方向座標として前記軸方向座標と共に測定値記憶手段６に記憶する。
【００１８】
前記センサ３の測定子２の先端部分を、測定対象であるころＷの形状に応じて付け替え可能としても良い。ころＷの形状に応じて、測定子２の先端部分の形状、寸法等を変えて使用することで、ころＷの輪郭形状をより安定して計測することが可能となる。
【００１９】
前記センサ３は、ころＷに接触させない非接触方式のセンサ３であっても良い。
前記非接触方式のセンサ３は、レーザレンサであっても良い。
前記非接触方式のセンサ３は、静電容量センサであっても良い。
前記非接触方式のセンサ３は、磁気式センサであっても良い。
これらの場合、測定時にころＷに傷を付ける心配がなく、製品の歩留まりを高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の輪郭形状測定装置は、ころ軸受の構成部品であるころの輪郭形状を測定する測定装置であって、前記ころを所定の位置および姿勢に支持する被測定物支持手段と、この被測定物支持手段に支持されたころの輪郭形状を測定するセンサと、このセンサを、前記被測定物支持手段に前記所定の位置および姿勢に支持されたころの軸方向、およびこの軸方向に直交する垂直方向に移動させるセンサ移動機構と、前記ころの軸方向に沿って前記センサが走査するように、前記センサ移動機構に一連の測定動作を行わせる測定動作制御手段と、前記センサの走査の過程で前記ころの軸方向複数箇所における前記センサの測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段と、測定対象であるころの目標値とする寸法データを記憶する目標寸法記憶手段と、前記測定値記憶手段に記憶されたころの測定結果と前記目標寸法記憶手段に記憶されたころの寸法データとを比較し、測定されたころの輪郭形状の良否を判定する判定手段とを有する。このため、生産現場においても、短時間で自動的にころの輪郭形状を精度良く測定し、形状評価が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施形態に係る輪郭形状測定装置の構成を表す図である。
【図２】同輪郭形状測定装置の制御系のブロック図である。
【図３】同輪郭形状測定装置の動作説明図である。
【図４】同輪郭形状測定装置で得られた傾き補正前の測定値を示す図である。
【図５】同測定値を傾き補正した後のデータを示す図である。
【図６】この発明の他の実施形態に係る傾き補正の説明図である。
【図７】ころとワーク台との間にごみが挟まった場合の要部拡大図である。
【図８】ころ軸受の構成部品である「ころ」の外観図である。
【図９】従来の測定装置で測定したころの輪郭形状の測定結果の例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、ころ、およびこのころを載置支持するワーク台が正しく設置された例を示す図、（Ｂ）は、ワーク台に対してころが傾いて設置された例を示す図、（Ｃ）は、ワーク台が測定子の移動方向と平行に設置されていない例を示す図である。
【図１１】ころの輪郭形状の評価を行う図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この実施形態に係る輪郭形状測定装置は、例えば、円筒ころ軸受、針状ころ軸受の構成部品である「ころ」の輪郭形状を測定する装置である。以下の説明は、輪郭形状測定方法についての説明をも含む。図１に示すように、輪郭形状測定装置は、主に、測定装置本体Ｍと、制御ユニットＣＵと、出力手段９とを有する。
【００２３】
測定装置本体Ｍについて説明する。
図１に示すように、測定装置本体Ｍは、被測定物支持手段１と、センサ３と、センサ移動機構４とを有する。被測定物支持手段１は、ころＷを所定の位置および姿勢に支持するものであり、ワーク台１２、ころ押え１３，１３、および、ばね部材１４を備える。ワーク台１２は例えば直方体状に形成され、このワーク台１２の上面にころＷが載置可能になっている。ワーク台１２の上面から上方に立ち上がる柱部１５，１５が、後述する測定子２の移動方向（図１矢符Ｘ方向）に所定距離離隔して平行に配置される。対向する柱部１５，１５のうち一方の柱部１５の内側面部に、ころ押え１３が固着される。他方の柱部１５の内側面部に、例えば円筒状のガイド部材（図示せず）が設けられ、且つ、このガイド部材内で移動可能に支持される圧縮コイルばねから成るばね部材１４が設けられる。このばね部材１４の一端が前記柱部１５の内側面部に固定され、このばね部材１４の他端にころ押え１３が固定される。
【００２４】
柱部１５および前記ガイド部材により、一対のころ押え１３，１３は、測定子２の移動方向に平行で且つ一直線上に配置される。各ころ押え１３の基端部が、柱部１５の内側面部またはばね部材１４に固着され、各ころ押え１３の先端部が凸曲線形状である。ころ外周面の直線部がワーク台１２の上面に載置されると共に、これらころ押え１３の先端部間にころＷが保持され、ころＷの両端面が、ばね部材１４の付勢力でもって両ころ押えの先端部により挟持される。よって、ころＷが所定の位置および姿勢に支持される。なお、ころＷをワーク台１２に載置する動作は手動、自動のいずれでも良い。自動の場合、ローディング装置（図示せず）を設ける。
【００２５】
センサ３は、図１の例では、前記支持されたころＷに対して、同センサ先端の測定子２を接触させてころＷの輪郭形状を測定する接触式の変位センサが適用される。この変位センサは、ケーシング３ａと、このケーシング３ａから突出する測定子２と、この測定子２の変位量を検出する検出手段とを有する。例えば、変位センサは、電気マイクロメータ等から成り、ケーシング３ａと、このケーシング３ａに内蔵される差動トランス３ｂと、この差動トランス３ｂのコア３ｂａに繋がりケーシング３ａから突出する測定子２と、ケーシング３ａ内に設けられ且つ測定子２を測定対象の輪郭に追従して接触させる付勢力を与えるばね部材３ｃとを有する。測定子２がころＷに接触して変位すると、この測定子２に繋がるコア３ｂａがばね部材３ｃの付勢力に抗して移動し、変位が電気信号として取り出される。
【００２６】
センサ移動機構４は、センサ３を、前記所定の位置および姿勢に支持されたころＷの軸方向（図１矢符Ｘ方向）、およびこの軸方向に直交する垂直方向（図１矢符Ｙ方向）に移動させる。すなわち、センサ移動機構４は、ワーク台１２を跨ぐ門形のフレーム１６と、Ｘテーブル装置１１と、Ｙテーブル装置１０と、駆動源ｍａ，ｍｂとを有する。各駆動源ｍａ（ｍｂ）は、例えば位置検出器ｍａ１（ｍｂ１）を含むサーボモータ等である。Ｘテーブル装置１１は、移動体であるＸテーブル１１ａと、このＸテーブル１１ａを図１Ｘ方向に案内する案内部材１１ｂと、Ｘ方向に移動させるボールねじ機構１８とを有する。
【００２７】
フレーム１６のうち脚部１６ａ，１６ａに、梁部１６ｂが架設されている。この梁部１６ｂにおける長手方向つまりＸ方向に沿って、ボールねじ機構１８のねじ軸が回転可能に設置される。前記ねじ軸は駆動源ｍｂにより回転駆動可能である。Ｘテーブル１１ａには、ボールねじ機構１８のナット部が設けられ、Ｘテーブル１１ａは、梁部１６ｂに対しＸ方向に案内自在に支持される。よって、Ｘテーブル１１ａは、駆動源ｍｂによりボールねじ機構１８を介して図１Ｘ方向に移動可能に構成される。
【００２８】
Ｙテーブル装置１０は、移動体であるＹテーブル１０ａと、このＹテーブル１０ａを図１Ｙ方向に案内する案内部材１０ｂと、Ｙ方向に移動させるボールねじ機構１９とを有する。前記Ｘテーブル１１ａにおけるＹ方向に沿って、ボールねじ機構１９のねじ軸が回転可能に設置される。前記ねじ軸は駆動源ｍａにより回転駆動可能である。Ｙテーブル１０ａには、ボールねじ機構１９のナット部が設けられ、Ｙテーブル１０ａは、Ｘテーブル１１ａに対しＹ方向に案内自在に支持される。よって、Ｙテーブル１０ａは、駆動源ｍａによりボールねじ機構１９を介して図１Ｙ方向に移動可能に構成される。このＹテーブル１０ａに、前記センサ３が取り付けられている。
【００２９】
制御ユニットＣＵについて説明する。
制御ユニットＣＵは、例えば、コンピュータと、このコンピュータの記録媒体等に格納されて実行されるプログラムとでなる。図２に示すように、制御ユニットＣＵは、測定動作制御手段５と、測定値記憶手段６と、目標寸法記憶手段７と、判定手段８とを有する。測定動作制御手段５は、上記プログラムの一部となるプログラムを備え、このプログラムにより、前記支持されたころＷの軸方向の少なくとも複数箇所に、センサ３の測定子２（図１）が順次接するように、センサ移動機構４に一連の測定動作を行わせる。この測定動作のプログラムは、例えば、オペレータのティーチング操作等により、ころＷの型番毎にセンサ３を試験的に移動させて、そのセンサ３の移動軌跡を再現できるように、駆動源ｍａ，ｍｂ（図１）を制御するプログラムである。測定値記憶手段６は、センサ３の測定値を取込んで記憶する手段である。測定値の取込みは、設定されたＸ方向のサンプリング間隔、または時間的なサンプリング間隔毎に行ってもよく、また設定されたＸ方向位置で行うようにしてもよい。測定値記憶手段６によるセンサ３の測定値の記憶は、センサ３のＸ方向位置と共に行ってもよい。
【００３０】
具体的には、オペレータが測定開始スイッチＳＷをオンにすると、図３(1),(2)に示すように、センサ３がころＷに対しＸ方向およびＹ方向に離隔した初期位置Ｐ１から、データ取得前の準備位置Ｐ２に移行する。このセンサ３の準備位置Ｐ２は、例えば、センサ３を初期位置Ｐ１からころＷに近づくようにＹ方向に移動させた位置であって、その後、センサ３をＸ方向に移動させることにより、測定子２がころＷの表面に倣って突没可能な位置である。図１〜図３に示すように、測定動作制御手段５は、前記プログラムに基づいて駆動源ｍａ，ｍｂを駆動制御することで、Ｘ，Ｙテーブル１１ａ，１０ａを図１ＸおよびＹ方向に移動させ、センサ３を初期位置Ｐ１から準備位置Ｐ２に移動させる。
その後、測定動作制御手段５は、前記プログラムに基づいて駆動源ｍｂのみ駆動制御することでＸテーブル１１ａを図１Ｘ方向に移動させ、図３(3)〜(5)に示すように、センサ３を準備位置Ｐ２から順次データ取得開始位置Ｐ３、途中位置Ｐ４、データ取得終了位置Ｐ５に移動させる。このセンサ３の移動により、測定子２がころＷの表面に倣って突没し、ころＷの輪郭に沿って移動する。
【００３１】
図３(3)〜(5)に示すように、測定動作制御手段５（図２）の制御により、測定子２をころ軸方向に走査すると、センサ３のＸ方向位置に対応する信号が駆動源ｍｂの位置検出器ｍｂ１により出力されると共に、同センサ３のＹ方向位置に対応する信号が駆動源ｍａの位置検出器ｍａ１により出力される。
【００３２】
また、図３(3)〜(5)に示すように、測定子２がころＷに接触して変位すると、この測定子２に繋がるコア３ｂａがばね部材３ｃの付勢力に抗して移動し、変位が電気信号として取り出される。この取り出された電気信号と、位置検出器ｍａ１により出力される信号との和により算出される値が、ころＷの輪郭の径方向座標となる。この径方向座標は、位置検出器ｍｂ１により出力される信号により得られるころＷの輪郭の軸方向座標と共に、関連付けて測定値記憶手段６に記憶される。この場合において、一つの軸方向座標に関連付けられた一つの径方向座標が、所定のサンプリング間隔毎に複数個記憶される形態であっても良い。また、互いに関連付けられた軸方向および径方向座標が、連続的または間欠的に記憶される形態であっても良い。なお、測定動作制御手段５は、センサ３をデータ取得終了位置Ｐ５に移動させた後、駆動源ｍａ，ｍｂを駆動制御してＸ，Ｙテーブル１１ａ，１０ａを移動させ、センサ３をころＷから離隔した離隔位置Ｐ６，Ｐ７に順次移動させる。
【００３３】
目標寸法記憶手段７は、測定対象であるころＷの目標値とする寸法データを記憶する。前記寸法データは、目標寸法およびこの目標寸法に対する許容値を含む。この目標寸法に対する許容値は、関連付けられた軸方向および径方向座標として記憶されても良いし、ころＷの任意の軸方向位置に対する径方向位置が一義的に求められる関数式等から成るものとして記憶されても良い。
例えば、目標寸法に対する許容値が座標として記憶される場合、ある軸方向座標に関連付けられた、目標寸法となる径方向座標が記憶されると共に、この径方向座標の負側公差と正側公差とが記憶される。この例では、直線部、クラウニング部共に、目標寸法となる径方向座標が記憶されると共に、この径方向座標の負側公差と正側公差とが記憶される。これら軸方向座標、径方向座標、負側公差、および正側公差は、ころＷの製作図面のデータから軸受の型番またはころＷの型番毎に予め入力し目標寸法記憶手段７に記憶しておく。
【００３４】
前記測定値記憶手段６は、センサ３の信号を取り込む信号取込み動作と、この信号に得られた座標を記憶する２つの機能とを有する。測定子２がころＷに接触して変位したとき、測定値記憶手段６は前記信号取込み動作を開始しする。その後、測定子２がころＷから離れて変位しなくなると、測定値記憶手段６は前記信号取込み動作を終了する。
【００３５】
判定手段８は、測定値記憶手段６に記憶されたころＷの測定結果と、目標寸法記憶手段７に記憶されたころＷの寸法データとを比較し、測定されたころＷの輪郭形状の良否を判定する判定部８ｂを有する。この判定部８ｂによる判定結果は出力手段９に出力される。出力手段９は、例えば、モニタ（ディスプレイと同義）によって実現される。ただし、出力手段９はモニタだけに限定されるものではなく、プリンタ等であっても良い。
【００３６】
判定手段８は、前記ころＷの測定結果と、目標寸法記憶手段７に記憶されたころＷの寸法データとを比較演算する演算プログラム等からなる。この演算プログラムは、上記コンピュータの記録媒体等に格納されて実行されるプログラムの一部である。
判定手段８は、測定値記憶手段６に関連付けて記憶された、ころＷのクラウニング部の軸方向座標および径方向座標が、この軸方向座標における目標寸法に対する許容値に入っているか否かを判定する。換言すれば、判定手段８は、クラウニング部において、測定値記憶手段６に記憶された一つの軸方向座標に関連付けられた径方向座標（図５のＤ値）が、目標寸法記憶手段７に記憶された前記軸方向座標に関連付けられた、径方向座標の負側公差と正側公差との間に収まっているか否かを判断してころＷの輪郭形状の良否を判定する。
判定手段８は、径方向座標（図５のＤ値）が決められた負側公差と正側公差との間に収まっていないとの判断で、ころ「不良」と判定し、その旨、出力手段９に出力させる。逆に判定手段８は、Ｄ値が決められた寸法の公差内にあるとの判断で、ころ「良」と判定し、その旨、出力手段９に出力させる。
【００３７】
また、判定手段８は、測定値記憶手段６に記憶されたセンサ３の測定値に基づいて、ころＷの軸方向の傾き誤差を補正する傾き誤差補正部８ａを有する。つまり、センサ３の測定子２を図３(3)〜(5)に示すようにころＷの輪郭に沿って移動させると、図４に示すような測定データが得られる。例えば、ころ設置時の傾きや、ワーク台１２の傾き等によって、通常、傾きのある測定結果が得られる。図４の２点ａ，ｂの測定位置は、目標寸法記憶手段７に記憶された寸法データから、それぞれのころ軸受またはころＷの型番の「ころ」毎に、ころＷの直線部Ｌａの両端位置、またはこれら両端位置よりころ軸方向内側になるように設定される。２点ａ，ｂの測定位置はころ測定前に目標寸法記憶手段７に入力されている。例えば、目標寸法記憶手段７には、ころ軸受またはころＷの型番毎に目標寸法と共に前記２点ａ，ｂの測定位置を記憶させておき、適宜の入力手段からの入力で型番を選択することにより、その選択された型番の目標寸法および測定位置ａ，ｂが、判定手段８による判定対象として用いられる。
【００３８】
ころＷがころ軸方向に対し傾きのない状態で測定子２により測定された場合、前記２点ａ，ｂは同じ変位値、つまりセンサ３での測定値となるはずである。ころＷがころ軸方向に対し傾いて設置された場合、２点ａ，ｂの測定値に差が生じる。
ここで、点ａの位置であるＸ方向座標をａｘ、このａｘにおけるセンサ３の測定値をａｙとする。点ｂの位置であるＸ方向座標をｂｘ、このｂｘにおけるセンサ３の測定値をｂｙとすると、ころＷの傾きは以下の式で与えられる。
傾き値＝（ｂｙ−ａｙ）／（ｂｘ−ａｘ）
傾き誤差補正部８ａは、得られた傾き値から、全ての点での測定データを傾き補正する。具体的には、例えば、全座標に関し、ａ点を基準として前記傾き値の角度分、図４矢符Ｌ２の方向に回転させる傾き補正を施す。矢符Ｌ２の回転方向とは、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ直交する軸回りの回転方向である。この傾き補正により、図５の結果を得る。その後、判定手段８の判定部８ｂは、前述のように、ころＷの輪郭形状の良否を行う。
【００３９】
以上説明した輪郭形状測定装置によると、支持されたころＷに対し、センサ移動機構４によりセンサ３をころ軸方向およびころ直径方向に移動させ、センサ３の測定子２を前記ころＷに接触させる。測定動作制御手段５は、図３(3)〜(5)に示すようにセンサ移動機構４に一連の測定動作を行わせ、この間、測定値記憶手段６は、ころＷの軸方向複数箇所のセンサ３の測定値を連続して取り込んで記憶する。判定手段８は、測定値記憶手段６に記憶されたころＷの測定結果と、目標寸法記憶手段７に記憶された寸法データとを比較する。これにより、判定手段８は、測定されたころＷの輪郭形状の良否を判定する。このように、ころＷの目標値とする寸法データを予め目標寸法記憶手段７に記憶しておき、実際の測定結果と比較するため、適切な形状評価が行える。このように、センサ移動機構４を介してセンサ３を走査させる測定動作制御手段５、およびセンサ３の測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段６を設け、かつ判定手段８を設けたので、生産現場においても、完全に全自動でころＷの輪郭形状の測定から評価まで、従来のものより短時間で行える。
【００４０】
測定値記憶手段６に記憶されたセンサ３の測定値に基づいて、判定手段８は、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正し、この補正データと前記寸法データとを比較し得る。このため、ころＷの傾き調整を機械的に行う必要がなく、その分従来技術よりも、周辺設備を簡略化でき、かつ形状測定にかかる時間短縮を図ることができる。傾き誤差を補正するとき、測定作業等を一旦中断する必要もなく、サイクルタイムの短縮を図ることも可能となる。
判定手段８が、傾き誤差の補正に用いる測定点の位置を、目標寸法記憶手段７に記憶されたそれぞれの型番毎の寸法データから自動的に決定する場合、演算処理負荷の軽減を図ることが可能となる。
【００４１】
この発明の他の実施形態について説明する。
前述の実施形態では、傾き補正を前記２点ａ，ｂの測定結果から行っているが、２点ａ，ｂに限定されるものではない。傾き補正の精度をより上げるため、例えば、図６に示すように、３点以上（この例ではａ，ｂ，ｃ，ｄの４点）の測定値から直線式Ｌｂを導き出して、その直線式Ｌｂの傾きαから傾き値を求めて傾き補正を行っても良い。
【００４２】
判定手段８の傾き誤差補正部８ａは、前記ころＷの軸方向の傾き誤差を補正するとき、この補正量が所定の閾値以上となった場合に測定値を無効とする機能を有するものであっても良い。この輪郭形状測定装置で、ころＷの輪郭形状を測定するとき、図７に示すように、ころＷとワーク台１２との間にゴミ等の異物１７が挟まった場合、ころＷが安定して固定されない。つまり測定中にころＷが不所望に動き、誤測定をしてしまう可能性がある。そこで、本装置では、傾き補正を行うとき、通常の測定では起こりえない想定外に大きな傾き値が算出された場合、判定手段８の判定部８ｂは、この測定値を異常と判断し無効とする。この無効とした測定値の良否判定を行う必要がなくなるので、作業効率を高めることが可能となる。
【００４３】
センサ３の測定子２の先端部分を、測定対象であるころＷの形状に応じて付け替え可能としても良い。
測定子の先端部は球状の形状であるが、ころＷのクラウニングの曲面半径Ｒの大きさに応じて、先端球部の半径Ｒのサイズを変える。例えば、クラウニングの曲面半径Ｒが小さい場合は、測定子の球部半径Ｒが大きいと測定誤差が発生するため、できるだけ小さな球部半径Ｒの測定子を使用することが望ましい。
逆に小さな球部半径Ｒの測定子は、破損しやすいなどの欠点もある。よって、用途により先端球部の半径Ｒの異なる測定子を使いわけることが必要となる。
ころＷの形状に応じて、測定子２の先端部分の形状、寸法等を変えて使用することで、ころＷの輪郭形状をより安定して計測することが可能となる。
前記各実施形態では、先端に測定子２を装備した接触方式のセンサ３を使用しているが、この接触方式のセンサ３の代わりに非接触方式の測定センサを使用しても良い。この非接触方式の測定センサとして、例えば、レーザセンサ、静電容量センサ、磁気センサ等を用途、精度に応じて使用することが可能である。非接触方式の測定センサを使用する場合、ころＷに傷を付ける心配がなく、製品の歩留まりを高めることができる。
駆動源ｍａ（ｍｂ）は、位置検出器を含まないモータであっても良い。例えば、このモータの出力するパルス信号により、センサ３のＸ方向位置、Ｙ方向位置を検出し、ころＷの輪郭形状を得るようにしても良い。
この発明の輪郭形状測定装置を用いて、軸受の構成部品以外のころの輪郭形状を測定することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…被測定物支持手段
２…測定子
３…センサ
４…センサ移動機構
５…測定動作制御手段
６…測定値記憶手段
７…目標寸法記憶手段
８…判定手段
８ａ…傾き誤差補正部
８ｂ…判定部
Ｗ…ころ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ころ軸受の構成部品であるころの輪郭形状を測定する測定装置であって、
前記ころを所定の位置および姿勢に支持する被測定物支持手段と、
この被測定物支持手段に支持されたころの輪郭形状を測定するセンサと、
このセンサを、前記被測定物支持手段に前記所定の位置および姿勢に支持されたころの軸方向、およびこの軸方向に直交する垂直方向に移動させるセンサ移動機構と、
前記ころの軸方向に沿って前記センサが走査するように、前記センサ移動機構に一連の測定動作を行わせる測定動作制御手段と、
前記センサの走査の過程で前記ころの軸方向複数箇所における前記センサの測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段と、
測定対象であるころの目標値とする寸法データを記憶する目標寸法記憶手段と、
前記測定値記憶手段に記憶されたころの測定結果と前記目標寸法記憶手段に記憶されたころの寸法データとを比較し、測定されたころの輪郭形状の良否を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする輪郭形状測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記判定手段は、
前記ころの姿勢はころの軸方向の傾きを含む場合に、前記測定値記憶手段に記憶されたセンサの測定値に基づいて、前記ころの軸方向の傾き誤差を補正する傾き誤差補正部と、
この傾き誤差補正部で補正された補正データと前記寸法データとを比較する判定部と、
を有する輪郭形状測定装置。
【請求項３】
請求項２において、前記傾き誤差補正部は、前記ころの直線部分の測定箇所における２点以上の測定点を用いて、前記ころの軸方向の傾き誤差を補正する機能を有する輪郭形状測定装置。
【請求項４】
請求項３において、前記傾き誤差補正部は、前記傾き誤差の補正に用いる測定点の位置を、目標寸法記憶手段に記憶されたそれぞれのころ軸受またはころの型番毎の寸法データから決定する輪郭形状測定装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項において、前記傾き誤差補正部は、前記ころの軸方向の傾き誤差を補正するとき、この補正量が所定の閾値以上となった場合に測定値を無効とする機能を有する輪郭形状測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサは、ころに接触させる測定子を備えた接触式の変位センサである輪郭形状測定装置。
【請求項７】
請求項６において、前記変位センサの測定子の先端部分を、測定対象であるころの形状に応じて付け替え可能とした輪郭形状測定装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサは、ころに接触させない非接触方式のセンサである輪郭形状測定装置。
【請求項９】
請求項８において、前記非接触方式のセンサは、レーザレンサである輪郭形状測定装置。
【請求項１０】
請求項８において、前記非接触方式のセンサは、静電容量センサである輪郭形状測定装置。
【請求項１１】
請求項８において、前記非接触方式のセンサは、磁気式センサである輪郭形状測定装置。
【請求項１】
ころ軸受の構成部品であるころの輪郭形状を測定する測定装置であって、
前記ころを所定の位置および姿勢に支持する被測定物支持手段と、
この被測定物支持手段に支持されたころの輪郭形状を測定するセンサと、
このセンサを、前記被測定物支持手段に前記所定の位置および姿勢に支持されたころの軸方向、およびこの軸方向に直交する垂直方向に移動させるセンサ移動機構と、
前記ころの軸方向に沿って前記センサが走査するように、前記センサ移動機構に一連の測定動作を行わせる測定動作制御手段と、
前記センサの走査の過程で前記ころの軸方向複数箇所における前記センサの測定値を取り込んで記憶する測定値記憶手段と、
測定対象であるころの目標値とする寸法データを記憶する目標寸法記憶手段と、
前記測定値記憶手段に記憶されたころの測定結果と前記目標寸法記憶手段に記憶されたころの寸法データとを比較し、測定されたころの輪郭形状の良否を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする輪郭形状測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記判定手段は、
前記ころの姿勢はころの軸方向の傾きを含む場合に、前記測定値記憶手段に記憶されたセンサの測定値に基づいて、前記ころの軸方向の傾き誤差を補正する傾き誤差補正部と、
この傾き誤差補正部で補正された補正データと前記寸法データとを比較する判定部と、
を有する輪郭形状測定装置。
【請求項３】
請求項２において、前記傾き誤差補正部は、前記ころの直線部分の測定箇所における２点以上の測定点を用いて、前記ころの軸方向の傾き誤差を補正する機能を有する輪郭形状測定装置。
【請求項４】
請求項３において、前記傾き誤差補正部は、前記傾き誤差の補正に用いる測定点の位置を、目標寸法記憶手段に記憶されたそれぞれのころ軸受またはころの型番毎の寸法データから決定する輪郭形状測定装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項において、前記傾き誤差補正部は、前記ころの軸方向の傾き誤差を補正するとき、この補正量が所定の閾値以上となった場合に測定値を無効とする機能を有する輪郭形状測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサは、ころに接触させる測定子を備えた接触式の変位センサである輪郭形状測定装置。
【請求項７】
請求項６において、前記変位センサの測定子の先端部分を、測定対象であるころの形状に応じて付け替え可能とした輪郭形状測定装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサは、ころに接触させない非接触方式のセンサである輪郭形状測定装置。
【請求項９】
請求項８において、前記非接触方式のセンサは、レーザレンサである輪郭形状測定装置。
【請求項１０】
請求項８において、前記非接触方式のセンサは、静電容量センサである輪郭形状測定装置。
【請求項１１】
請求項８において、前記非接触方式のセンサは、磁気式センサである輪郭形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２２７９（Ｐ２０１１−２２７９Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４４０１４（Ｐ２００９−１４４０１４）
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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