JPH04283611A - 円筒状部材の内外径測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば車両用アイド
ラホィールの如き円筒状部材における内周面または外周
面の直径を、自動的に高い精度で測定し得る方法および
その装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】例えば、典型的な円筒状ワークである車両
用アイドラホィールは、そのボス部に、メタルベアリン
グ嵌入用の通孔を有している。この通孔の内周面は、前
記ベアリングを嵌入した後におけるホィール回転時の心
振れを極小とするため高い真円度が要求される。従って
製造されたホィールは、ボスに対するベアリングの嵌入
工程に先立ち、通孔内周面の真円度に関して全数検査が
実施される。この内周面の真円度は、円筒状ワークの種
類や用途によって異なるが、例えば車両用アイドラホィ
ールでは管理公差±０．０２を基準として合格・不合格
を決定しており、要求精度はかなり高い水準にある。

【０００３】このような円筒状ワークの内周面や外周面
を測定するには、一般にコンパスやノギスが使用される
が、これは全体としての真円度を測定するのには適して
いない。また精度的にも、前記の管理公差±０．０２と
いう高い基準の測定には向いていない。このため従来は
、基準ゲージによりセットされたシリンダゲージを使用
して、被測定ワークの内周面を例えば６個所に分割して
夫々測定し、得られた測定値が許容誤差の範囲内にある
か否かを判別する作業を行なっていた。なおワークの製
造ラインには、常に同じ規格のものが流れてくるとは限
らず、例えば車両用アイドラホィールでは６種類の異な
る寸法規格のものが存在する。しかるに前記のシリンダ
ゲージは、１つの規格だけを測定し得る専用治具である
ので、異なる規格のホィールについては、その都度取替
えて使用しているのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】先に例示した車両用ア
イドラホィールの場合、そのボスにおける通孔内周面の
真円度測定は、略７〜１０ｍに及ぶホィール加工ライン
の最上流側で実施される。そしてこの測定後は、ボーリ
ング→フェーシング→ドリリングとタッピング→ベアリ
ング嵌入→ローリング→最終測定検査等の各工程があり
、これらの工程を含む１つのラインを１人の作業者が受
け持つのが通常である。そこで作業者は、１つのホィー
ルの加工をラインの最下流側で終えると、次のホィール
の真円度測定のため、ライン最上流側に移動しなければ
ならなかった。しかもシリンダゲージの操作は、作業者
の熟練と経験に頼るところが大きく、１回の測定にかな
りの時間を要する欠点がある。また前述した如く、シリ
ンダゲージは専用治具であって汎用性がなく、規格が異
なる度に取替える必要があるので極めて煩雑であった。

【０００５】

【発明の目的】この発明は、円筒状部材の内周面または
外周面の直径測定に際し内在している前記課題に鑑み、
これを好適に解決するべく提案されたものであって、作
業者の熟練や経験に頼ることなく、円筒状部材の内外径
測定を自動的に精度良く実施することができ、しかも異
なる規格寸法の円筒状部材にも追従的に測定し得て汎用
性に富む測定方法およびその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】前記課題を克服し、所期
の目的を達成するため本発明に係る円筒状部材の内外径
測定方法は、測定対象となる円筒状部材の内周面または
外周面の直径を測定するに際し、前記円筒状部材の内周
面または外周面に沿って距離センサを周方向に回転移動
させると共に、該センサの回転中心で多等分した中心角
毎に、該センサの回転中心から円筒状部材の内周面また
は外周面までの距離を測定してこれを記憶し、これら蓄
積されたデータから最大および最小の測定距離を夫々判
定した後、その最大測定距離から最小測定距離を引いた
値を等分することにより、前記円筒状部材における実際
の中心と前記センサの回転中心との偏差を算出し、この
偏差と前記多等分した際の中心角とを基礎として補正計
算を行なうことにより、円筒状部材の内周面または外周
面の直径を測定することを特徴とする。

【０００７】また円筒状部材の内外径測定方法を好適に
実施するために、本願の別の発明に係る内外径測定装置
は、測定対象となる円筒状部材の内周面または外周面に
沿って周方向に回転移動可能で、自己の回転中心から円
筒状部材の内周面または外周面までの距離を測定する距
離センサと、この距離センサが円筒状部材の内周面また
は外周面に沿って回転移動する際の回転角を検出する回
転角検出手段と、この回転角検出手段が検出した回転角
が、前記センサの回転中心で多等分した所定の中心角に
一致する毎に、該センサによる測定距離を取り込んで記
憶する記憶手段と、この記憶手段に蓄積したデータから
判定される最大測定距離と最小測定距離との差を等分す
ることにより、前記円筒状部材の真の中心と前記センサ
の回転中心との偏差を算出すると共に、この偏差と前記
多等分した際の中心角とを基礎として補正計算を行なっ
て円筒状部材の内周面または外周面の直径を測定する演
算手段とから構成したことを特徴とする。

【０００８】

【実施例】次に、本発明に係る円筒状部材の内外径測定
方法につき、これを好適に実施し得る装置との関係にお
いて、添付図面を参照しながら以下説明する。なお実施
例では、車両用アイドラホィールに代表される円筒状部
材の内周面を測定する場合につき説明するが、円筒状部
材の外周面の直径測定にも本発明を応用し得ることは勿
論である。先ず、本発明に係る方法による直径測定の基
本原理につき、図３および図４を参照して説明する。

【０００９】図３において、符号１０は被測定物である
円筒状ワーク１２の内周面を示すものであって、Ｃ１は
該ワーク１２の実際の中心を示している。後述の如く本
実施例では、距離センサを円筒状ワーク１２の内周面１
０に沿って回転移動させることにより、該センサの回転
中心からワーク内周面１０までの距離を測定するもので
ある。従って本来は、前記ワーク１２の実際の中心Ｃ１
に距離センサの回転中心Ｃ２を一致させた状態で、該セ
ンサを回転移動させるべきこととなるが、両中心Ｃ１，
Ｃ２を完全に一致させることが困難であることは経験的
に明らかである。すなわち図３に示す如く、ワーク１２
の実際の中心Ｃ１と距離センサの回転中心Ｃ２との間に
は偏差δが常に存在する。このため、Ｃ２を回転中心と
する距離センサで測定されるＣ２から内周面１０までの
距離ｒは、当該ワーク１２の実際の中心Ｃ１から内周面
１０までの距離Ｒに対して常に偏差δを誤差要因として
いる。

【００１０】図３で、各符号の内容は以下の通りである
。 Ｒ：円筒状ワークの半径（ワークの中心Ｃ１から内周面
までの距離） ｒ：測定値（センサの回転中心Ｃ２からワーク内周面ま
での距離） θ：センサの回転角 δ：ワーク中心Ｃ１とセンサの回転中心Ｃ２との偏差Ｐ
：ワーク内周面に対するセンサの接触点Ｈ：Ｐから基準
線ｘまでの垂線の高さ Ｓ：垂線と基準線ｘとの交点 Ｌ：ワーク中心Ｃ１から交点Ｓまでの長さこのとき円筒
状ワークの半径Ｒは、以下の関数で表わされる。 Ｒ＝ＳＱＲ（Ｈ２＋Ｌ２） ここにＨ＝ｒ・ｓｉｎθであり、またＬ＝ｒ・ｃｏｓθ
＋δ

【００１１】

【数１】

【００１２】ここで偏差δは、各中心角毎に採取された
多数のバラツキのある実測値ｒから判定した最大値ｒＭ
ａｘと最小値ｒＭｉｎとの差を２分した値として求めら
れる。すなわち

【００１３】

【数２】

【００１４】従って、前記数１および数２を基礎として
コンピュータによりこれを補正計算すれば、円筒状ワー
クの内径における半径が数値として演算される。この半
径が得られた後はこれを直径に換算し、円筒状ワークに
求められている管理公差に鑑み、その直径値が許容最小
寸法と許容最大寸法との間に在るか否かを判断して、該
ワークが合格か不合格かを判定すればよい。

【００１５】図１は、発明に係る内外径測定方法を好適
に実施し得る測定装置１４の一部縦断説明図である。円
筒状ワーク１２は、製造ラインにおける測定ステーショ
ンの定位置に直立状態で固定され、該ワーク１２に開設
した円筒状通孔（内周面）１０の内部に、測定装置１４
の先端に回転自在に設けた接触式の距離センサ１６（所
謂「デジタルゲージ」と称するもの）を進退自在に臨ま
せ得るようになっている。すなわち測定装置１４は、垂
直な固定基台１８に昇降自在に設けられて水平に延在す
るリフター２０と、このリフター２０に載置されて水平
方向に進退自在なサドル２２とを備え、このサドル２２
にベース２５を介して装置本体２４が載架されている。 装置本体２４は、前記ベース２５に固定されてサドル２
２の左方に水平に延在する円筒状スリーブ２６を備え、
このスリーブ２６の左端近傍にフランジ状の位置決め部
材２８が設けられている。この位置決め部材２８は、後
述の如く、円筒状ワーク１２の通孔１０中に距離センサ
１６を挿通する際に、該センサ１６が定位置に臨み得る
よう補助するものである。

【００１６】円筒状スリーブ２６の中空部両端には、夫
々軸受部材３０，３０が嵌挿され、これら部材３０，３
０に回転自在に支持されて、中空シャフト３２が該スリ
ーブ２６と同軸的に挿通されている。このシャフト３２
の左端部（図１において）は、前記スリーブ２６の左端
部から大きく水平に延出し、該シャフトの先端部３３に
距離センサ１６が配設されている。この距離センサ１６
としては、一例として磁気目盛を使用したデジタルゲー
ジ（例えば登録商標「マグネスケール」で知られるセン
サ）が好適に採用される。そして該センサ１６からは、
前記ワーク内周面１０にころがり接触可能なプローブ３
４が、シャフト３２の軸線に対し直交する方向に進退自
在に延出している。このプローブ３４の進退ストローク
は、その測定対象物の仕様に依存して最適のものが採用
され、これにより内径寸法にかなりの差がある各種規格
のワークに広く対応可能である。すなわち距離センサ１
６は、後述の如くワーク通孔中に略同心的に挿入され、
そのプローブ３４を内周面１０に接触させた状態で周方
向へ回転させることにより、該センサ１６の回転中心Ｃ
２から内周面１０までの距離がデジタル値として測定さ
れる。 なお距離センサ１６から導出したリード線３６は、シャ
フト３２の中空部を介して、外部に設けた測定回路の一
部を構成する測長器３８に接続し、更にこの測長器３８
からの信号は中央処理ユニット（ＣＰＵ）４０に入力可
能になっている。

【００１７】前記シャフト３２の右端部は、ベース２５
に固定したロータリーエンコーダに代表される回転角検
出手段４２の回転軸４４に接続されている。この回転角
検出手段４２は、後述の如く距離センサ１６を円筒状ワ
ーク１２の内周面１０に沿って回転させた際の回転角を
検出するべく機能するものである。なお距離センサ１６
の周方向への回転は、シャフト３２を前記スリーブ２６
に対して回転させることにより行なうが、これは単に１
回転させるだけで足りる。従って操作者の手動回転によ
るものとしても良いが、図示の如くモータ５６，歯車列
５８の組合せからなる回転駆動機構を設ければ、全自動
での内外径測定が達成される。

【００１８】回転角検出手段４２で検出されたパルス信
号は、カウンタ４６で積算され、該カウンタ４６にプリ
セットしたパルス数（多等分した中心角に対応）に達す
る毎に、該信号はＩ／Ｏポート４８を介して前記中央処
理ユニット４０に送り込まれる。この中央処理ユニット
４０は、前記カウンタ４６からのプリセット出力を受け
る毎に、前記測長器３８への回線を開放し、距離センサ
１６による測定データの取り込みを行なう。取り込まれ
たデータは、中央処理ユニット４０に含まれる記憶部５
０で記憶される。従って、距離センサ１６がワーク内周
面１０に沿って回転移動し、所要の中心角に達する度に
該センサ１６からの測定データが記憶部５０に記憶され
て、順次蓄積されて行くものである。なお中央処理ユニ
ット４０には、入力内容、記憶内容その他演算内容等を
文字等で表示するディスプレー（ＣＲＴ）５２や、該デ
ィスプレー５２での表示内容をプリントアウトするプリ
ンタ５４等が接続されている。

【００１９】次に、このように構成した実施例に係る内
外径測定装置を使用して、円筒状ワーク１２における内
周面１０の真円度を測定する場合につき説明する。いま
距離センサ１６による内周面１０の真円度測定を、該セ
ンサの中心角３６°毎に実施するものとすれば、センサ
１回転で１０回の測定がなされる。この場合に規定のカ
ウント数は、分解能／測定個所数（Ｎ）により求められ
るので、回転角検出手段４２の分解能を３００とすれば
、規定カウント数は３０となる。従って前記カウンタ４
６には、パルス数「３０」をプリセットしておく。

【００２０】先に述べた如く、円筒状ワーク１２は測定
ステーションの定位置に直立状態で固定されている。そ
こで、該ステーションに予め設置してある測定装置１４
において、リフター２０を固定基台１８に対し昇降させ
て、距離センサ１６を円筒状ワーク１２の通孔（内周面
）１０と略同心的に位置させる。次いでサドル２２を前
記リフター２０に対し前進させて、図１に示すように、
その距離センサ１６をワーク通孔１０中に水平に挿入さ
せる。そして該センサ１６が通孔１０中に所要距離だけ
挿入されると、前記スリーブ２６に設けた位置決め部材
２８がワーク１２の側面に衝合して、通孔１０中におけ
るセンサ１６の定位置決めが行なわれる。このとき、距
離センサ１６から半径方向に進退自在に延出しているプ
ローブ３４は、円筒状ワーク１２の内周面１０に接触し
ている。なお円筒状ワーク１２の実際の中心Ｃ１と距離
センサ１６の回転中心Ｃ２とは、極力整列するように測
定装置１４の操作はなされるが、図３に関して説明した
如く、両中心Ｃ１，Ｃ２に偏差δを不可避的に生じてい
る。

【００２１】この状態で、例えば前記モータ５６，歯車
列５８の組合せからなる回転駆動機構を付勢してシャフ
ト３２を１回転させれば、距離センサ１６に設けたプロ
ーブ３４は、ワーク内周面１０に沿って１周することに
なる。またシャフト３２の回転に伴い回転角検出手段４
２も回転して、前記カウンタ４６にパルス信号が送られ
る。すなわち図２のフローチャートに示す如く、ステッ
プ（以下「Ｓ」という）１で、カウンタ４６におけるパ
ルスのカウントが行なわれ、そのパルス積算数がプリセ
ット値「３０」に達すると、中央処理ユニット４０は前
記測長器３８への回線を開放し、Ｓ２において距離セン
サ１６からのデータ取り込みを行なう。このように中心
角３６°毎に、距離センサ１６からの測定データが取り
込まれ、該センサ１６がワーク内周面１０に沿って１周
する間に、１０回の測定が行なわれる（Ｓ３参照）。そ
して得られたデータは、中央処理ユニット４０の記憶部
５０に順次記憶される。

【００２２】このように距離センサ１６をワーク内周面
１０に沿って１周させた後、前記記憶部５０に蓄積した
各測定値から、Ｓ４に示すように、最大値ｒＭａｘと最
小値ｒＭｉｎとを夫々判定する。このとき、ｒが最大値
となる場合におけるセンサ１６の回転中心角θおよびｒ
が最小値となる場合における回転中心角θをディスプレ
ー５２に表示すると共に、その内容を必要に応じてプリ
ンタ５４でプリントアウトする。また円筒状ワーク１２
の中心Ｃ１と距離センサ１６の回転中心Ｃ２との偏差δ
は、前述の如く数２で得られるから、これをＳ５におい
て算出する。更にＳ６において、前記Ｓ５で求めた偏差
δを数１に代入し中央処理ユニット４０で補正計算する
ことにより、ワーク１２の実際の中心Ｃ１から内周面１
０までの距離Ｒを算出する。なおこの演算は、距離セン
サ１６で中心角θ毎に測定した値の数Ｎだけ（本実施例
では１０回）行なわれる。

【００２３】このＲは、円筒状ワーク１２の半径をなす
ものであるから、当該ワーク１２の合否を直径比較で判
定するために、Ｓ７で直径Ｄへの変換を行なう。すなわ
ちＳ６ではＮ回測定しているので、例えば１８０°離れ
て位置し合っている半径Ｒ同士を加えることにより直径
Ｄ（＝２Ｒ）を得る。そしてこの直径Ｄを、Ｓ８におい
て、予め判明している許容最大寸法ＤＭａｘおよび許容
最小寸法ＤＭｉｎと比較して、当該ワーク１２の合否を
判定する。ここで直径変換した寸法Ｄが、両許容寸法の
間に入っていればこれを肯定（ＹＥＳ）して、Ｓ９で合
格品として搬出する。また寸法Ｄが、両許容寸法の何れ
かより逸脱している場合は、これを否定（ＮＯ）してＳ
１０で不合格品とすると共に、Ｓ１１でその不合格とな
った中心角上の位置および値をディスプレー５２に表示
する。また必要に応じて、その内容をプリンタ５４でプ
リントアウトする。

【００２４】本実施例では、距離センサ１６としてデジ
タルゲージの如き接触式のものを使用したが、それ以外
に磁気センサや超音波センサの如き非接触式のものであ
ってもよい。またワーク内周面が鏡面加工されたもので
なければ、半導体レーザ式センサのような非接触式のも
のも好適に使用し得る。更に、実施例では円筒状ワーク
の内周面の直径測定につき説明したが、先にも述べた如
く、ワーク外周面の直径測定にも、本発明に係る方法お
よび装置をそっくり応用し得ると共に、プログラムの簡
単な変更により、長円や楕円の内外径寸法の測定に適用
し得るものである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る円筒状
部材の内外径測定方法および装置によれば、円筒状部材
の内周面または外周面の周りに距離センサを回転させて
内外径を測定するに際し、該円筒状部材の中心とセンサ
の回転中心とが不可避的に偏差を生ずることを容認した
上で、前記センサの回転中心角と該偏差とを基礎として
、真の内径または外径を補正により算出するものである
。従って、この測定装置を円筒状部材の製造ラインにお
ける測定ステーションに設置すれば、自動的に測定作業
が行なわれるので、作業者がその測定作業の度に該ステ
ーションに移動する必要がなく、労力の大幅な削減が実
現される。また手段が簡易で、かつ構成が簡単である割
には高い測定精度が得られ、コストパフォーマンスが優
れている。更に円筒状部材の種類により、その内外径に
かなりの差があっても、本発明の装置はこれに自動的に
追従して測定し得るので、専用治具に比べて遥かに汎用
性に富む利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内外径測定方法を好適に実施し得
る測定装置の一部縦断説明図である。

【図２】図１に示した装置をもって、本発明に係る内外
径測定方法を実施する際の経時的な段階を示すフローチ
ャート図である。

【図３】円筒状ワークの内周面を、距離センサにより追
従しながら半径を測定するに際して、該ワークの実際の
中心Ｃ１と距離センサの回転中心Ｃ２との間に偏差δが
存在するのを示す説明図である。

【図４】距離センサの回転中心を多等分した角度をもっ
て、距離センサによる円筒状ワークの内周面測定が行な
われるのを示す説明図である。

【符号の説明】

１０　　内周面 １２　　円筒状部材（ワーク） １６　　距離センサ ４２　　回転角検出手段（ロータリーエンコーダ）４０
　　中央処理ユニット（演算手段）５０　　記憶手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　測定対象となる円筒状部材の内周面ま
   たは外周面の直径を測定するに際し、前記円筒状部材の
   内周面または外周面に沿って距離センサを周方向に回転
   移動させると共に、該センサの回転中心で多等分した中
   心角毎に、該センサの回転中心から円筒状部材の内周面
   または外周面までの距離を測定してこれを記憶し、これ
   ら蓄積されたデータから最大および最小の測定距離を夫
   々判定した後、その最大測定距離から最小測定距離を引
   いた値を等分することにより、前記円筒状部材における
   実際の中心と前記センサの回転中心との偏差を算出し、
   この偏差と前記多等分した際の中心角とを基礎として補
   正計算を行なうことにより、円筒状部材の内周面または
   外周面の直径を測定することを特徴とする円筒状部材の
   内外径測定方法。
2. 【請求項２】　　測定対象となる円筒状部材の内周面ま
   たは外周面に沿って周方向に回転移動可能で、自己の回
   転中心から円筒状部材の内周面または外周面までの距離
   を測定する距離センサと、この距離センサが円筒状部材
   の内周面または外周面に沿って回転移動する際の回転角
   を検出する回転角検出手段と、この回転角検出手段が検
   出した回転角が、前記センサの回転中心で多等分した所
   定の中心角に一致する毎に、該センサによる測定距離を
   取り込んで記憶する記憶手段と、この記憶手段に蓄積し
   たデータから判定される最大測定距離と最小測定距離と
   の差を等分することにより、前記円筒状部材の真の中心
   と前記センサの回転中心との偏差を算出すると共に、こ
   の偏差と前記多等分した際の中心角とを基礎として補正
   計算を行なって円筒状部材の内周面または外周面の直径
   を測定する演算手段とから構成したことを特徴とする円
   筒状部材の内外径測定装置。
3. 【請求項３】　　前記距離センサは、磁気目盛を使用し
   たデジタルゲージの如き接触式である請求項２記載の円
   筒状部材の内外径測定装置。
4. 【請求項４】　　前記距離センサは、磁気センサや超音
   波センサの如き非接触式である請求項２記載の円筒状部
   材の内外径測定装置。
5. 【請求項５】　　前記距離センサを、円筒状部材の内外
   径に対し相対移動させる手段が設けられている請求項２
   記載の円筒状部材の内外径測定装置。