JPS623608A - 穴径測定装置 - 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】 〈産業上の利用分野） 本発明は、物品に開口する貫通ないし有底状の円形穴の
穴径を測定する穴径測定装置の改良技術に関するもので
ある。

（従来の技術） 一般に、例えばエンジン部品を構成するシリンダブロッ
クの貫通円形状のシリンダボアを数値制御により自動的
に加工する加工装置においては、ボアが目標の寸法形状
に正確に加工されたか否かをチェックし、その正規の寸
法形状からの誤差を次のボア加工時の補正データとして
入力させるために、加工後のボアの内径（穴径）を自動
測定することが行われる。

ところで、このようなシリンダブロックのシリンダボア
等、物品に開口する円形穴の穴径を自動測定する場合、
例えば物品の円形穴内に挿入されてその周壁面に接触可
能な接触子を有するタッチセンサを設け、該タッチセン
サの接触子を円形穴内に臨ませた状態でタッチセンサま
たは物品を上記接触子が円形穴の中心を通るようにその
直径方向に相対移動させて、接触子が穴の直径方向に対
向する周壁面に接触するまでの物品とタッチセンサとの
相対移動量を求めることにより、円形穴の穴径を測定す
る方法が考えられる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の場合、タッチセンサの接触子を円
形穴の中心を通るように移動させるため、円形穴の中心
を求めるための芯出し作業を必須とし、この芯出し作業
に時間を要して測定時間が長くなるという問題がある。

また、上記タッチセンサは、通常、接触子が円形穴の周
壁面に真に接触した状態では接触信号を出力せず、その
のち大同壁面に押された接触子がセンサ本体の中心線に
対し所定距離以上に変位したときに初めて接触信号を出
力する所謂不感帯を持っている。それ故、上記の場合で
は、接触子が穴の周壁面に接触する２箇所で上記不感帯
の影響を受けることになり、測定値が実際の穴径よりも
オーバー気味になって穴径を正確に測定するのに難があ
る。

本発明は斯かる問題を解決すべくなされたもので、その
目的は、円に内接する直角三角形の長辺は常に円の中心
を通るという幾何学的性質に着目し、タッチセンサを円
形穴に対し互いに直角な２方向に相対移動させて円形穴
周壁面の３点で接触させ、その３点の位＠ないしタッチ
センサの相対移動量に関するデータにより円形穴の穴径
を演算するようにすることにより、穴径測定時に円形穴
の芯出し作業を不要とし、かつタッチセンサの不感帯の
影響を低減して物品の穴径をより一層正確に測定できる
ようにすることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の解決手段は、上
記の如く、物品の円形穴内に挿入され該円形穴周壁面に
接触可能な接触子を有するタッチセンサを設ける。さら
に、該タッチセンサおよび物品を該物品の円形穴の中心
方向と直交する面内で互いに直角なｘ、ｙの２方向に相
対移動させる移動装置を設けるとともに、上記タッチセ
ンサの出力に基づいて、タッチセンサの接触子を物品の
円形穴周壁面に接触するまで順次交互にｘ、ｙの各方向
に相対移動させてその接触点が円形穴において直角三角
形の各頂点をなすように上記移動装置を制御する制御装
置を設ける。そして、該制御装置による接触点間のｘ、
ｙの各方向の相対移動量もしくは各接触点のｘ、ｙ座標
に基づいて上記直角三角形の長辺の長さを物品円形穴の
穴径として演算する演算装置を設けたものとする。

（作用） 上記の構成により、本発明では、タッチセンサの接触子
が物品の円形穴内に挿入されると、その状態で制御装置
により移動装置が制御されて、タッチセンサと物品とが
ｘ、ｙの各方向に交互に相対移動する。このタッチセン
サと物品との相対移動により、センサの接触子は物品に
対し相対的に、その円形穴内の挿入位置から先ずＸまた
はｙ方向に移動し、穴の周壁面に接触すると、今度は移
動方向を９０”だけ変えてｙまたは×方向に移動して再
び穴の周壁面に接触し、しかる後、最初の移動方向と平
行でそれとは逆向きの×またはｙ方向に移動して大同壁
面に接触する。このとき、上記接触子は互いに直交する
Ｘまたはｙ方向に相対移動するため、上記円形穴周壁面
との３つの接触点をそれぞれ順にＰ１〜Ｐ３とすると、
それらの接触点Ｐ１〜Ｐ３を結ぶ直線により円形穴に内
接する直角三角形が形成され、該直角三角形の長辺は円
形穴の中心を通ることになる。そして、その間、上記接
触子の大同壁面との接触点Ｐ＋　、Ｐ２問およびＰ２　
、Ｐ３間の各相対移動量（それぞれＸ。

Ｙとする）、もしくは所定位置を原点とする上記ＰＩ−
Ｐ３点の各ｘ、ｙ座標（Ｐ＋点の座標を（ｘ　、　ｙ　
）とすると、０２点は（ｘ’、ｙ）または（ｘ、ｙ’）
となり、９３点は（ｘ’、ｙ’）となる）が求められ、
この相対移動ＩＸ、ＹもしくはＰ＋　、９３点のｘ、ｙ
座標（ｘ、ｙ）、（ｘ’、ｙ’）に基づき演算装置にお
いて上記直角三角形の長辺の長さ、つまり円形穴の穴径
りが、Ｄ＝　（Ｘ２　＋Ｙ２　）奮 あるいは Ｄ＝（（ｘ−ｘ’　　　）’　　＋（ｙ−ｙ’　　　＞
　　２　　）ｆとして演算される。

したがって、タッチセンサの接触子を物品の円形穴の任
意の位置に挿入した後、タッチセンサと物品とを接触子
が大同壁面に３点で接触するまでｘ、■の各方向に交互
に移動させるだけで、自動的に円形穴の穴径が演算測定
されるので、円形穴の中心を求める芯出し作業が不要と
なり、穴径の測定が短時間で効率良く行われることにな
る。

また、上記タッチセンサの測定子が穴の周壁面に接触す
る３つの接触点Ｐ＋〜Ｐ３では、タッチセンサの不感帯
により測定子が大同壁面との当接によりセンサ本体に対
し所定量だけ変位した後にセンサから接触信号が出力さ
れる。しかし、例えば接触点ＰＩ（Ｐ２）での不感帯に
よる測定寸法のオーバー分だけ次の接触点Ｐ２（Ｐ３）
ではセンサの接触子が穴の周壁面に早めに、つまり接触
点Ｐ１．Ｐｚ間（Ｐ２　、Ｐ３間）の測定寸法が実際の
寸法よりも小さくなるように接触する関係があり、これ
により、タッチセンサのもつ不感帯の影響が全体として
低減されて円形穴の穴径をより正確に測定できることに
なる（第２図参照）。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図および第４図において、１は物品としてのワーク
Ｗ（例えばエンジン用シリンダブロック）の円形穴Ｗ＋
（同シリンダボア）を数値制御により加工するためのマ
シニングセンタにおける基台であって、該基台１上には
左右方向に水平に延びる２軸テーブル２が前後方向たる
２方向にスライド移動可能に載置支持されている。また
、該２軸テーブル２上にはＸ軸テーブル３が２軸テーブ
ル２に沿う左右方向たるＸ方向にスライド移動可能に載
置支持され、該Ｘ軸テーブル３上にワークＷがその円形
穴Ｗ１の中心方向を２軸方向く前後方向）に合せて位置
決め固定される。

一方、４は上記基台１の後端部に立設された柱部材であ
って、該柱部材４の前面にはｙ軸動主軸５が上下方向た
るｙ方向にスライド移動可能に支持され、該ｙ軸動主軸
５にはタッチセンサ６がツールチェンジャ（図示せず）
によって交換可能に装着されている。該タッチセンサ６
は、ｙ軸動主軸５に固定されるセンサ本体６ａと、該セ
ンサ本体６ａに支持され、ワークＷの円形穴Ｗ＋内に挿
入されてその内壁面に接触可能な接触子６ｂとからなる
ものであり、接触子６ｂが円形穴Ｗ１１壁面との接触に
よりセンサ本体６ａの中心線から所定量だけ変位すると
接触信号を出力する不感帯を有している。尚、このタッ
チセンサ６はワーク円形穴Ｗ１の穴径測定時のみにｙ＠
勅主軸５に装着され、ワークＷの加工時にはワークＷの
円形穴Ｗ１を加工するための各種加工具（図示せず）と
交換される。

そして、第１図に示すように、上記２軸テーブル２、Ｘ
軸テーブル３およびｙ軸動主軸５はそれぞれ図示しない
ねじ送り機構等の公知の伝動機構を介して電動モータ７
〜９に駆動連結されており、これらのモータ７〜９を作
動させて２軸テーブル２を基台１上で２方向（前後方向
）に、また×軸テーブル３を２軸テーブル２上でＸ方向
（左右方向）に、さらにｙ軸動主軸５を柱部材４に沿っ
てｙ方向（上下方向）にそれぞれスライド移動させるこ
とにより、ワークＷをタッチセンサ６に対し前後方向た
る２方向に移動させてその円形穴Ｗ＋内にタッチセンサ
６の接触子６ｂを挿入させ、その状態でワークＷおよび
タッチセンサ６をワーク円形穴Ｗ１の中心方向（２方向
）と直交するＸ　−ｙ平面内で互いに直角な左右方向た
るＸ方向および上下方向たるｙ方向の２方向に相対移動
させるようにした移動袋［１０が構成されている。

さらに、第１図において、１１は上記移動装置１０にお
ける各モータ７〜９を制御するための制御装置を構成す
るコントローラであって、該コントローラ１１の出力信
号はそれぞれドライバ１２〜１４を介して各モータ７〜
９に入力される。また、１５〜１７はそれぞれ上記２軸
テーブル２、×軸テーブル３およびｙ軸動主軸５の各移
動位置を検出するためのポテンショメータ等よりなる位
置検出器であって、これら位置検出器１５〜１７の各出
力信号は上記コントローラ１１に入力されており、コン
トローラ１１により移動制御される各テーブル２，３お
よびｙ軸動主軸５の移動位置を位置検出器１５〜１７に
より検出してコントローラ１１にフィードバックさせ、
それら検出された移動位置が目標位置になるまで各モー
タア〜９を作動させるようになされている。

そして、上記コントローラ１１には上記ｙ軸動主軸５に
装着されたタッチセンサ６の出力信号が入力されており
、タッチセンサ６の接触子６ｂがワークＷの円形穴Ｗ＋
内に挿入された状態で、タッチセンサ６の出力信号に基
づいてその接触子６ｂがワーク円形穴Ｗ１の周壁面に接
触するまでワークＷおよびタッチセンサ６を順次交互に
ｘ、ｙの各方向に相対移動させて、第２図に示すように
その接触子６ｂの円形穴Ｗ＋周壁面への接触点Ｐ１〜Ｐ
３を穴Ｗ１に内接する直角三角形Ｔの各頂点となすよう
に構成されている。

さらに、１８はワークＷの円形穴Ｗ＋の穴径りを演算す
るための演算装置としての演算器であって、該演算器１
８には上記Ｘ軸テーブル３用およびｙ軸動主軸５用の各
位置検出器１６．１７の出力信号とコントローラ１１の
出力信号とが入力されており、この演算器１８において
、タッチセンサ６が円形穴Ｗ１周壁面との接触点Ｐ＋〜
Ｐ３での接触によって接触信号を出力したときにそれぞ
れ位置検出器１６．１７により検出されるＸ軸テーブル
３およびｙＩＩｌｌ動主軸５の各移動位置を基に、上記
接触点Ｐ＋　、Ｐ２間のＸ方向（水平方向）の相対移動
１Ｘと接触点Ｐ２　、Ｐ３間のｙ方向く上下方向）の相
対移動ＭＹとを求めて記憶するとともに、これら相対移
動ｆｆ１Ｘ、Ｙに基づいて上記円形穴Ｗｔ内における直
角三角形下の長辺Ｔ１の長さを円形穴Ｗ１の穴径りとし
て演算するように構成されている。尚、１９は上記演算
器１８で演算された穴径りを数値変換してその変換信号
を出力する変換器である。

次に、上記実施例における作動を説明する。

コントローラ１１による数値制御によりＸ軸テーブル３
上のワークＷの円形穴Ｗ１がｙ軸動主軸５に装着された
所定の加工具によって加工されると、その後、上記ｙ軸
動主軸５上の加工具がタッチセンサ６に交換されて、上
記加工後のワーク円形穴Ｗ＋の穴径りが測定される。こ
の測定工程では、初めに、コントローラ１１の制御によ
りｙ軸動主軸５が下降移動して上記タッチセンサ６がワ
ークＷと略同じ高さ位置に位置付けられ、次いで、Ｘ軸
テーブル３がその上のワークＷを上記ｙ＠勅主軸５に対
応させるように移動した侵、２軸テーブル２が上記Ｘ軸
テーブル３およびワークＷと共に後退してワークＷの円
形穴ＷＩ内に上記タッチセンサ６の接触子６ｂが挿入さ
れる。

この状態で、第２図に示すように、先ず、上記ｙ軸動主
軸５の上昇移動によりタッチセンサ６がその接触子６ｂ
のワーク円形穴Ｗｉ内に挿入された位置を基準点ＰＯと
して該基準点ＰＯからワークＷに対しｙ方向に相対的に
上昇し、上記接触子６ｂが円形穴Ｗ１の周壁面と第１の
接触点Ｐ＋で接触すると、タッチセンサ６からの接触信
号の出力により上記ｙ軸動主軸５の上昇移動が停止され
、そのときの上記第１の接触点Ｐ１に対応する×軸テー
ブル３およびｙ軸動主軸５の各移動位置がそれぞれ位置
検出器１６．１７により検出されて演算器１８にて記憶
される。

次いで、上記×軸テーブル３のＸ方向の移動によりワー
クＷがタッチセンサ６に対して相対的に第２図右方向に
水平移動し、この移動によりタッチセンサ６の接触子６
ｂが円形穴Ｗ１周壁面と第２の接触点Ｐ２で接触すると
、タッチセンサ６からの接触信号の出力により上記×軸
テーブル３の水平移動が停止され、そのときの上記第２
の接触点Ｐ２に対応するＸ軸テーブル３およびｙ＠勅主
軸５の各移動位置がそれぞれ位置検出器１６，１７によ
り検出されるとともに、演算器１８において上記第１接
触点Ｐ１から第２接触点Ｐ２までのセンサ６のＸ方向の
相対移動ｆｆ１Ｘ　（ｘ軸テーブル３の移動ｍ）が演算
記憶される。

しかる後、上記ｙ軸動主軸５の下降移動によりタッチセ
ンサ６がワークＷに対しｙ方向に相対的に下降移動し、
その接触子、６ｂが穴Ｗ１周壁面と第３の接触点Ｐ３に
て接触すると、タッチセンサ６からの接触信号の出力に
より上記ｙ軸動主軸５の下降移動が停止され、そのとき
の上記第３接触点Ｐ３に対応する×軸テーブル３および
ｙ軸動主軸５の各移動位置がそれぞれ位置検出器１６．
１７により検出されるとともに、演算器１８において上
記第２接触点Ｐ２から第３接触点Ｐ３までのセンサ６の
ｙ方向の相対移動ＭＹ　（ｙ軸動主軸５の移動量）が演
算記憶される。そして、上記演算器１８では、さらに、
上記水められたｘ、ｙ方向の２つの相対移動ｆｆ１Ｘ、
Ｙに基づいて上記接触点Ｐ１〜Ｐ３を頂点としかつ長辺
Ｔ＋が円形穴Ｗの中心０を通る直角三角形Ｔの該長辺Ｔ
１の長さ、つまりワーク円形穴Ｗ１の穴径りがＤ＝　（
Ｘ２＋Ｙ２）■により演算され、この演算された穴径り
は変換器１９にて数値制御用の信号に変換されて次のワ
ークＷ加工の際の補正データとして記憶される。

尚、この後、上記Ｘ軸テーブル３、ｙ軸動主軸５または
両者の移動によりタッチセンサ６の接触子６ｂがワーク
円形穴Ｗｌ内の周壁面から離れた所定位置に位置付けら
れた後、２軸テーブル２の前進移動によりセンサ６の接
触子６ｂが円形穴Ｗｉ内から扱き出され、以上によって
１個のワークＷに対する穴径の測定が終了する。以後は
、各ワークＷについて上記と同様な動作が繰り返される
。

したがって、この実施例では、ワークＷの円形穴Ｗ１内
の任意の位置にタッチセンサ６の接触子６ｂを挿入して
、それを穴Ｗ１の周壁面に接触するまでｙ、ｘ、ｙの各
方向に順にワークＷに対し相対移動させるだけで、その
各接触点ＰＩ−Ｐ３間の相対移動ｍＸ、Ｙにより穴Ｗ１
の内径りが演算されるので、タッチセンサ６を接触子６
ｂが円形穴Ｗ１の中心Ｏを通過するようにＸまたはｙ方
向に相対移動させて穴径りを直接的に測定する場合の如
く、円形穴Ｗ１の中心０を求める芯出し作業が不要であ
り、穴径りを短時間で効率良く測定することができる。

また、タッチセンサ６とワークＷとを互いに直角なｘ、
ｙの各方向に順に交互に相対移動させてセンサ６の接触
子６ｂを穴Ｗ１の周壁面に接触させるため、タッチセン
サ６に不感帯があっても、その例えば第２接触点Ｐ２で
のＸ方向の不感帯弁だけ、その後の第３接触点Ｐ３が第
２接触点Ｐ２寄りに変位して両接触点Ｐ２　、Ｐ３間の
相対移動ＭＹが短くなる。こうした関係により、タッチ
センサ６の持つ不感帯の影響が仝休として低減され、ワ
ーク円形穴Ｗ１の穴径りを正確に測定することかできる
。

尚、上記実施例では、タッチセンサ６をワー・りＷに対
し相対的にｙ、ｘ、ｙ方向に順に移動させたが、逆にｘ
、ｙ、Ｘ方向に移動させてもよく、上記実施例と同様の
作用効果を奏することができる。

また、上記実施例では、センサ６とワークＷとの第１接
触点Ｐ＋から第２接触点Ｐ２までのＸ方向の相対移動ｆ
ｆ１Ｘと、同第２接触点Ｐ２から第３接触点Ｐ３までの
ｙ方向の相対移動ＭＹとに基づいてワークＷの穴径りを
演算するようにしたが、上記各接触点Ｐ１〜Ｐ３の位置
をｘ−ｙ平面内の所定位置く例えば基準点Ｐｏ）を原点
としたＸ。

ｙ座標により検出し、その各接触点Ｐ１〜Ｐ３のｘ、ｙ
座標に基づいてワークＷの穴径りを演算するようにして
もよい。すなわち、接触点Ｐ１の位置座標を（ｘ　、　
ｙ　）とすると、接触点Ｐ２　、　Ｐ３の位置座標はそ
れぞれ（ｘ’、ｙ）（または（Ｘ。

ｙ′））および（ｘ’、ｙ’）となり、ワーク円形穴Ｗ
１の穴径りは、前述の如く、 Ｄ＝（（ｘ−ｘ’　＞２＋（Ｙ−ｙ’　）２））として
求められる。

さらに、上記実施例では、ワークＷの円形穴Ｗ１の穴径
りを測定する場合を例示したが、本発明は各種の物品に
開口された円形穴の穴径を測定する場合にも有効に適用
できるのは勿論である。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、物品の円形穴内に挿入さ
れたタッチセンサの接触子を穴の周壁面に接触するまで
互いに直角なＸ、１７の各方向に交互に物品に対し相対
移動させ、その大同壁面との接触点間のｘ、ｙの各方向
の相対移動■もしくは各接触点のｘ、ｙ座標に基づいて
円形穴の穴径をそれに内接する直角三角形の長辺長さと
して演算するようにしたことにより、穴径測定時の円形
穴の芯出し作業を要することなく、かつタッチセンサの
持つ不感帯の影響を吸収して円形穴の穴径をより正確に
測定することができるという実用上優れた効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は穴径測定装置の
全体構成を示すブロック図、第２図はワークの穴径を測
定するときの概念を示す説明図、第３図は穴径測定装置
の概略正面図、第４図は同概略側面図である。 ３・・・×軸テーブル、５・・・ＶＩＩＩＦＪＪ主軸、
６・・・タッチセンサ、６ｂ・・・接触子、１０・・・
移動装置、１１・・・コントーラ、１８・・・演算器、
Ｗ・・・ワーク、Ｗ＋第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）物品の円形穴内に挿入され該円形穴周壁面に接触
   可能な接触子を有するタッチセンサと、物品および上記
   タッチセンサを物品円形穴の中心方向と直交する面内で
   互いに直角なｘ、ｙの２方向に相対移動させる移動装置
   と、上記タッチセンサの出力に基づいてタッチセンサの
   接触子を物品の円形穴周壁面に接触するまで順次交互に
   ｘ、ｙの各方向に相対移動させてその接触点が円形穴に
   おいて直角三角形の各頂点をなすように上記移動装置を
   制御する制御装置と、該制御装置による接触点間のｘ、
   ｙの各方向の相対移動量もしくは各接触点のｘ、ｙ座標
   に基づいて上記直角三角形の長辺の長さを物品円形穴の
   穴径として演算する演算装置とを備えてなることを特徴
   とする穴径測定装置。