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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023006435
(43)【公開日】2023-01-18
(54)【発明の名称】内径測定装置及び内径測定方法
(51)【国際特許分類】
G01B 13/10 20060101AFI20230111BHJP
【ＦＩ】
G01B13/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021109030
(22)【出願日】2021-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】516243951
【氏名又は名称】株式会社Ａ－ｔｅｃｈ
(74)【代理人】
【識別番号】100187838
【弁理士】
【氏名又は名称】黒住 智彦
(74)【代理人】
【識別番号】100220892
【弁理士】
【氏名又は名称】舘 佳耶
(74)【代理人】
【識別番号】100205589
【弁理士】
【氏名又は名称】日野 和将
(74)【代理人】
【識別番号】100194478
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 文彦
(72)【発明者】
【氏名】橋本 泰典
【テーマコード（参考）】
2F066
【Ｆターム（参考）】
2F066AA23
2F066BB07
2F066DD13
2F066FF07
2F066FF08
2F066FF09
2F066HH07
2F066HH16
2F066LL02
(57)【要約】
【課題】
ワークに形成された被測定穴の高精度内径測定を、短時間で行う。
【解決手段】
案内面２１ａを有するエアノズル２１を備えたエアマイクロメータ２０と、エアノズル２１を略水平方向に移動させる水平移動機構３２ａ，３２ｂ、及び、エアノズル２１を略鉛直方向に移動させる鉛直移動機構３３を備えたエアノズル支持手段３０とを備えた内径測定装置１を用いて、エアノズル２１を、案内面２１ａの一部が被測定穴２ａに挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手順と、エアノズル２１が案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構３２ａ，３２ｂの拘束を解放して、エアノズル２１を、略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手順と、水平移動機構３２ａ，３２ｂの拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構３３によってエアノズル２１を下降させるエアノズル下降手順とを含む内径測定方法。
【選択図】 図１
ワークに形成された被測定穴の高精度内径測定を、短時間で行う。
【解決手段】
案内面２１ａを有するエアノズル２１を備えたエアマイクロメータ２０と、エアノズル２１を略水平方向に移動させる水平移動機構３２ａ，３２ｂ、及び、エアノズル２１を略鉛直方向に移動させる鉛直移動機構３３を備えたエアノズル支持手段３０とを備えた内径測定装置１を用いて、エアノズル２１を、案内面２１ａの一部が被測定穴２ａに挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手順と、エアノズル２１が案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構３２ａ，３２ｂの拘束を解放して、エアノズル２１を、略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手順と、水平移動機構３２ａ，３２ｂの拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構３３によってエアノズル２１を下降させるエアノズル下降手順とを含む内径測定方法。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークに形成された被測定穴の内径を測定するための内径測定装置であって、
ワークを支持するためのワーク支持手段と、
先端部に案内面を有するエアノズルを備えたエアマイクロメータと、
エアノズルを略水平方向に二次元的に移動させることができる水平移動機構、及び、エアノズルを略鉛直方向に移動させることができる鉛直移動機構を備えたエアノズル支持手段と、
エアノズル支持手段を制御することができる制御部と
を備え、
制御部は、
エアノズルを、案内面の一部が被測定穴に挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手段と、
エアノズルが案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構の拘束を解放することにより、エアノズルを、外力によって略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手段と、
水平移動機構の拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構によってエアノズルを下降させるエアノズル下降手段と
を備えたものである
ことを特徴とする内径測定装置。
ワークを支持するためのワーク支持手段と、
先端部に案内面を有するエアノズルを備えたエアマイクロメータと、
エアノズルを略水平方向に二次元的に移動させることができる水平移動機構、及び、エアノズルを略鉛直方向に移動させることができる鉛直移動機構を備えたエアノズル支持手段と、
エアノズル支持手段を制御することができる制御部と
を備え、
制御部は、
エアノズルを、案内面の一部が被測定穴に挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手段と、
エアノズルが案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構の拘束を解放することにより、エアノズルを、外力によって略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手段と、
水平移動機構の拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構によってエアノズルを下降させるエアノズル下降手段と
を備えたものである
ことを特徴とする内径測定装置。
【請求項2】
エアノズル支持手段が、
略水平方向に揺動することができる第一アームと、
第一アームの先端部に接続され、略水平方向に揺動することができる第二アームと、
第二アームの先端部に取り付けられ、略鉛直方向に昇降することができるとともに、略鉛直な旋回軸線を中心として旋回することもできる旋回昇降体と
を備えた水平多関節ロボットとされ、
旋回昇降体にエアマイクロメータのエアノズルが取り付けられた
請求項１記載の内径測定装置。
略水平方向に揺動することができる第一アームと、
第一アームの先端部に接続され、略水平方向に揺動することができる第二アームと、
第二アームの先端部に取り付けられ、略鉛直方向に昇降することができるとともに、略鉛直な旋回軸線を中心として旋回することもできる旋回昇降体と
を備えた水平多関節ロボットとされ、
旋回昇降体にエアマイクロメータのエアノズルが取り付けられた
請求項１記載の内径測定装置。
【請求項3】
ワーク支持手段は、ワークに接触した状態で、かつ、ワークが外力によって略水平方向に変位できる状態で、ワークを支持するものである請求項１又は２記載の内径測定装置。
【請求項4】
内径測定時にワークが配される位置である測定位置に対して、ワークを略水平方向から搬入することができるワーク搬入手段をさらに備えた請求項３記載の内径測定装置。
【請求項5】
エアノズル下降手段によるエアノズルの移動速度は、案内面一部挿入手段によるエアノズルの移動速度よりも遅く設定された請求項１～４いずれか記載の内径測定装置。
【請求項6】
エアノズルの案内面が、耐摩耗加工を施されたものである請求項１～５いずれか記載の内径測定装置。
【請求項7】
ワークに形成された被測定穴の内径を測定するための内径測定方法であって、
ワークを支持するためのワーク支持手段と、
先端部に案内面を有するエアノズルを備えたエアマイクロメータと、
エアノズルを略水平方向に二次元的に移動させることができる水平移動機構、及び、エアノズルを略鉛直方向に移動させることができる鉛直移動機構を備えたエアノズル支持手段と
を備えた内径測定装置を用い、
エアノズルを、案内面の一部が被測定穴に挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手順と、
エアノズルが案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構の拘束を解放することにより、エアノズルを、外力によって略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手順と、
水平移動機構の拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構によってエアノズルを下降させるエアノズル下降手順と
を含む
ことを特徴とする内径測定方法。
ワークを支持するためのワーク支持手段と、
先端部に案内面を有するエアノズルを備えたエアマイクロメータと、
エアノズルを略水平方向に二次元的に移動させることができる水平移動機構、及び、エアノズルを略鉛直方向に移動させることができる鉛直移動機構を備えたエアノズル支持手段と
を備えた内径測定装置を用い、
エアノズルを、案内面の一部が被測定穴に挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手順と、
エアノズルが案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構の拘束を解放することにより、エアノズルを、外力によって略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手順と、
水平移動機構の拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構によってエアノズルを下降させるエアノズル下降手順と
を含む
ことを特徴とする内径測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワークに形成された穴の内径を測定する内径測定装置と、この内径測定装置を用いた内径測定方法とに関する。
【背景技術】
【0002】
自動車部品等の機械部品には、穴が加工されたものも多く、その穴に高い寸法精度が要求されることも多い。このような実状に鑑みて、これまでには、ワークに形成された穴の内径を高精度で測定するための種々の装置が提案されている。
【0003】
例えば、特許文献１の図２等には、機械部品に精密加工された細穴の内径を高精度で測定するための内径非接触測定装置１が記載されている。この内径非接触測定装置１は、同図に示されるように、ワークを固定するテーブル５０と、測定ステーション３２とを備えている。測定ステーション３２には、同文献の図６に示されるように、エアマイクロメータ３６２が設けられている。このエアマイクロメータ３６２のエアノズルを、同文献の図７に示されるように、ワーク８０の穴８４に挿入し、エアノズルから穴８４の径方向（同図の矢印Ｐの方向）にエアを噴出したときのエアの流量や背圧を測定することで、穴８４の内径を判別する。これにより、穴８４の内径を高い精度で判別することが可能になるとされている。
【0004】
ところで、一般的に、エアマイクロメータを用いて高精度の内径測定を行う場合には、被測定穴の内径に極めて近い外径を有するエアノズルを使用する（被測定穴の内壁とエアノズルの外壁との距離を非常に短くする）ことが多い。このため、エアノズルを被測定穴に挿入する際には、エアノズルとワーク（被測定穴の上縁部）との衝突等によってエアノズルやワークに傷が付かないように注意する必要がある。この点、特許文献１の内径非接触測定装置１では、テーブル５０やエアノズルを移動させるための手段として、位置精度の高いボールねじ式のリニアガイド（同文献の図２における第一のリニアガイド５１、同文献の図３における第二のリニアガイド５３、リニアガイドレール３１０及びボールネジ３３２を参照。）を採用している。このように位置精度の高い移動手段を採用し、エアノズル及びワークを高精度で位置決めした状態でエアノズルを穴８４に挿入すれば、エアノズルが穴８４の上縁部に衝突しないようにすることも可能であるように思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平８－１５５７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献１の内径非接触測定装置１には、測定に長い時間を要するという欠点があった。というのも、テーブル５０やエアノズルを移動させる手段として採用されているボールねじは、その機械的な特性上、移動速度が遅いからである。加えて、同装置においては、１つのワークの測定が終了し、ワークを別のものに交換する度に、テーブル５０を大きく移動させる必要があるため、移動速度の遅さがより問題となりやすい。すなわち、同装置においては、同文献の図４に示されるように、テーブル（図４では省略）に積載されたワーク取付ヘッド５３０に対してワーク８０を上側から嵌合して取り付けるようになっている。これにより、ワーク８０が略水平方向に変位しないように固定されるため、ワーク８０の位置決め精度を高めることができるように思われるが、その一方で、ワーク交換の際には、ワーク８０を上方に引き抜く必要がある。ところが、同文献の図３に示されるように、テーブル５０の上方には測定ステーション３１，３２，３３が配されている。したがって、ワーク交換の際には、測定ステーション３１，３２，３３が邪魔にならない位置までテーブル５０を大きく移動させる必要がある。
【0007】
本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、ワークに形成された被測定穴の高精度内径測定を、短時間で行うことができる内径測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題は、
ワークに形成された被測定穴の内径を測定するための内径測定方法であって、
ワークを支持するためのワーク支持手段と、
先端部に案内面を有するエアノズルを備えたエアマイクロメータと、
エアノズルを略水平方向に二次元的に移動させることができる水平移動機構、及び、エアノズルを略鉛直方向に移動させることができる鉛直移動機構を備えたエアノズル支持手段と
を備えた内径測定装置を用い、
エアノズルを、案内面の一部が被測定穴に挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手順と、
エアノズルが案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構の拘束を解放することにより、エアノズルを、外力によって略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手順と、
水平移動機構の拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構によってエアノズルを下降させるエアノズル下降手順と
を含む
ことを特徴とする内径測定方法
を提供することによって解決される。
ワークに形成された被測定穴の内径を測定するための内径測定方法であって、
ワークを支持するためのワーク支持手段と、
先端部に案内面を有するエアノズルを備えたエアマイクロメータと、
エアノズルを略水平方向に二次元的に移動させることができる水平移動機構、及び、エアノズルを略鉛直方向に移動させることができる鉛直移動機構を備えたエアノズル支持手段と
を備えた内径測定装置を用い、
エアノズルを、案内面の一部が被測定穴に挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手順と、
エアノズルが案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構の拘束を解放することにより、エアノズルを、外力によって略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手順と、
水平移動機構の拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構によってエアノズルを下降させるエアノズル下降手順と
を含む
ことを特徴とする内径測定方法
を提供することによって解決される。
【0009】
本発明に係る内径測定方法では、エアマイクロメータのエアノズルを支持するエアノズル支持手段として、エアノズルを略水平方向に二次元的に移動させることができる水平移動機構と、エアノズルを略鉛直方向に移動させることができる鉛直移動機構とを備えたものを採用している。これにより、エアノズルを三次元的に移動させることができるため、ボールねじ式のリニアガイドを用いた場合に比べて短時間でエアノズルを移動させることができる。したがって、測定に要する時間を短くすることができる。ただし、この場合には、リニアガイドを用いた場合に比べて、位置精度を高めにくくなる。このため、単に上記のエアノズル支持手段を採用しただけでは、エアノズルを被測定穴に挿入する際に、エアノズルを被測定穴の上縁部等に衝突させて（又は押し付けて）しまい、エアノズルやワークに傷を付けてしまうおそれがある。
【0010】
この点、本発明に係る内径測定方法においては、先端部に案内面を有するエアノズルを採用するとともに、エアノズルが案内面一部挿入位置に配されたタイミングでエアノズルを略水平方向に変位可能とし（エアノズル解放手順）、そのまま下降させる（エアノズル下降手順）ようにしている。これにより、もしエアノズルと被測定穴との水平方向における位置がずれており、案内面が被測定穴の上縁部に当接したとしても、案内面に案内されたエアノズルが略水平方向に自動的に変位することによって、被測定穴の内壁に沿いながら被測定穴に挿入されるようになる。したがって、エアノズル支持手段の位置精度がさほど高くなかったとしても、エアノズルやワークに傷が付きにくい状態で、エアノズルを被測定穴に挿入することができる。
【0011】
上記の内径測定方法は、
ワークに形成された被測定穴の内径を測定するための内径測定装置であって、
ワークを支持するためのワーク支持手段と、
先端部に案内面を有するエアノズルを備えたエアマイクロメータと、
エアノズルを略水平方向に二次元的に移動させることができる水平移動機構、及び、エアノズルを略鉛直方向に移動させることができる鉛直移動機構を備えたエアノズル支持手段と、
エアノズル支持手段を制御することができる制御部と
を備え、
制御部は、
エアノズルを、案内面の一部が被測定穴に挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手段と、
エアノズルが案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構の拘束を解放することにより、エアノズルを、外力によって略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手段と、
水平移動機構の拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構によってエアノズルを下降させるエアノズル下降手段と
を備えたものである
ことを特徴とする内径測定装置
を用いて実現することができる。
ワークに形成された被測定穴の内径を測定するための内径測定装置であって、
ワークを支持するためのワーク支持手段と、
先端部に案内面を有するエアノズルを備えたエアマイクロメータと、
エアノズルを略水平方向に二次元的に移動させることができる水平移動機構、及び、エアノズルを略鉛直方向に移動させることができる鉛直移動機構を備えたエアノズル支持手段と、
エアノズル支持手段を制御することができる制御部と
を備え、
制御部は、
エアノズルを、案内面の一部が被測定穴に挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる案内面一部挿入手段と、
エアノズルが案内面一部挿入位置に配されたタイミングで水平移動機構の拘束を解放することにより、エアノズルを、外力によって略水平方向に変位できる状態とするエアノズル解放手段と、
水平移動機構の拘束が解放された状態のまま、鉛直移動機構によってエアノズルを下降させるエアノズル下降手段と
を備えたものである
ことを特徴とする内径測定装置
を用いて実現することができる。
【0012】
本発明に係る内径測定装置におけるエアノズル支持手段は、その具体的な種類を特に限定されない。エアノズル支持手段としては、例えば、略水平方向に揺動することができる第一アームと、第一アームの先端部に接続され、略水平方向に揺動することができる第二アームと、第二アームの先端部に取り付けられ、略鉛直方向に昇降することができるとともに、略鉛直な旋回軸線を中心として旋回することもできる旋回昇降体とを備えた水平多関節ロボットを採用することができる。この場合には、旋回昇降体にエアマイクロメータのエアノズルを取り付ける。これにより、エアノズルを速い速度で自由度高く、かつ、エアノズルの角度を精度よく一定に保ったまま移動させることができる。また、エアノズルを旋回させて、所望の角度にすることもできる。なお、水平多関節ロボットは、「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｒｏｂｏｔ Ａｒｍ」と英語表記され、その頭文字を取って「ＳＣＡＲＡロボット」や「スカラロボット」と表記されることもある。
【0013】
本発明に係る内径測定装置においては、ワークに接触した状態で、かつ、ワークが外力によって略水平方向に変位できる状態で、ワークを支持するものとすることが好ましい。これにより、エアノズルだけでなく、ワークも略水平方向における変位を許容した状態となるため、よりスムーズにエアノズルを被測定穴に挿入することができる。したがって、エアノズルやワークにより傷が付きにくくすることができる。加えて、本構成により、測定精度を高めることもできる。この理由については、後で詳しく説明する。
【0014】
ところで、従来の内径測定装置においては、ワークが略水平方向に変位しないようにしっかりと固定し、高精度で位置決めした状態で測定を行うことが技術常識であった。ワークを固定する固定手段としては、従来、例えば、特許文献１の図４に示されるように、ワーク８０を上側から嵌合することができるワーク取付ヘッド５３０（嵌合手段）や、ワークを外側から把持することができる三つ爪チャック（把持手段）等が採用されていた。これらの固定手段にワークを固定するためには、固定手段に対して上方から（固定方向に対して略垂直方向から）ワークを搬入する必要がある。したがって、従来の内径測定装置においては、ワークを一旦持ち上げた状態で搬入作業を行わなければならず、エアノズルの移動だけでなく、ワークの搬入にも長い時間がかかっていた。
【0015】
この点、上記のように、ワーク支持手段として、ワークが略水平方向に変位できる状態でワークを支持するものを採用する場合には、固定手段を設ける必要がない。このため、内径測定時にワークが配される位置である測定位置に対して、ワークを略水平方向から搬入することができるワーク搬入手段をさらに備えることができる。これにより、ワークの搬入に要する時間を短くすることができ、測定をより短時間で行うことができる。
【0016】
本発明に係る内径測定装置においては、エアノズル下降手段によるエアノズルの移動速度を、案内面一部挿入手段によるエアノズルの移動速度よりも遅く設定することが好ましい。換言すると、エアノズルの移動速度を、案内面一部挿入位置付近で減速することが好ましい。これにより、エアノズルの案内面が被測定穴の上縁部に当接したとしても、その際の衝撃を抑えて、エアノズルやワークにより傷がつきにくくすることができる。
【0017】
本発明に係る内径測定装置においては、エアノズルの案内面を、耐摩耗加工を施されたものとすることが好ましい。これにより、エアノズルの耐久性を高めることができ、エアノズルにより傷がつきにくくすることができる。
【発明の効果】
【0018】
以上のように、本発明によって、ワークに形成された被測定穴の高精度内径測定を、短時間で行うことができる内径測定装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】内径測定装置の側面図である。
【図11】内径測定装置のテーブルにワークを搬入するワーク搬入手段、及び、テーブルからワークを搬出するワーク搬出手段の動作を説明するための図である。
【図12】ワーク支持手段の他の例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
１．概要
本発明の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図１は、内径測定装置１の側面図である。図２は、図１の内径測定装置１における水平多関節ロボット３０の動作を説明するための模式図である。図３～８は、図１の内径測定装置１を、同図における破線囲み部Ｐで抜き出して拡大した図である。図３は、後述するエアノズル挿入準備手順Ｓ１が完了した状態を示している。図４は、後述する案内面一部挿入手順Ｓ２が完了した状態を示している。図５は、後述する第一エアノズル下降手順Ｓ４において、エアノズル２１の案内面２１ａが被測定穴２ａの上縁部に当接している状態を示している。図６は、第一エアノズル下降手順Ｓ４が完了した状態を示している。図７は、後述する第二エアノズル下降手順Ｓ６が完了した状態を示している。図８は、後述するエア噴出手順Ｓ７を行っている状態を示している。図３～８においては、説明の便宜上、ワーク２及びテーブル１０を、被測定穴２ａの中心線Ｃ２を通る平面で切断した断面で示している。各図面に表示しているｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、後掲の図１１～１３も含めて、異なる図面間においても一致させている。また、図２には、ｚ軸方向の周りを旋回するθ軸（旋回軸）も表示している。以下においては、説明の便宜上、ｚ軸方向正側を「上」、負側を「下」と表現することがある。
本発明の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図１は、内径測定装置１の側面図である。図２は、図１の内径測定装置１における水平多関節ロボット３０の動作を説明するための模式図である。図３～８は、図１の内径測定装置１を、同図における破線囲み部Ｐで抜き出して拡大した図である。図３は、後述するエアノズル挿入準備手順Ｓ１が完了した状態を示している。図４は、後述する案内面一部挿入手順Ｓ２が完了した状態を示している。図５は、後述する第一エアノズル下降手順Ｓ４において、エアノズル２１の案内面２１ａが被測定穴２ａの上縁部に当接している状態を示している。図６は、第一エアノズル下降手順Ｓ４が完了した状態を示している。図７は、後述する第二エアノズル下降手順Ｓ６が完了した状態を示している。図８は、後述するエア噴出手順Ｓ７を行っている状態を示している。図３～８においては、説明の便宜上、ワーク２及びテーブル１０を、被測定穴２ａの中心線Ｃ２を通る平面で切断した断面で示している。各図面に表示しているｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、後掲の図１１～１３も含めて、異なる図面間においても一致させている。また、図２には、ｚ軸方向の周りを旋回するθ軸（旋回軸）も表示している。以下においては、説明の便宜上、ｚ軸方向正側を「上」、負側を「下」と表現することがある。
【0021】
本実施態様の内径測定装置１は、円筒状のワーク２に形成された被測定穴２ａ（図３を参照。）の内径Ｄ１を高精度で測定するためのものである。この内径測定装置１を用いると、後で詳しく説明するように、±０．５μｍという非常に高い繰り返し精度を実現することができる。以下においては、この内径Ｄ１の仕様値が４５ｍｍ程度であるとして説明する。
【0022】
内径測定装置１は、図１に示すように、ワーク２を支持するためのテーブル１０（ワーク支持手段）と、エアノズル２１を備えたエアマイクロメータ２０と、エアノズル２１を３次元的に移動させることができるエアノズル支持手段３０と、制御部１００とを備えている。内径測定を行う際には、エアノズル支持手段３０でエアノズル２１を移動させて、図８に示すようにワーク２の被測定穴２ａに挿入し、エアノズル２１から噴出されるエアの流量又は背圧を測定することで、被測定穴２ａの内径測定を行う。これにより、リニアガイド等でエアノズル２１を移動させる従来の装置に比べて、圧倒的に短時間で内径測定を行うことができる。
【0023】
テーブル１０は、その上面が、水平方向に略平行なワーク支持面１１となっている。ワーク２は、このワーク支持面１１の上に置いただけの状態で（治具等で固定されていない状態で）支持される。これにより、略水平方向におけるワーク２の変位を許容した状態でワーク２を支持することができる。この理由については、後で詳しく説明する。テーブル１０における、測定時にワーク２が配される位置（以下、「測定位置」という。）には、図３に示すように、逃がし穴１２が設けられている。この逃がし穴１２は、図８に示すように、エアマイクロメータ２０のエアノズル２１がワーク２の被測定穴２ａに挿入された際に、エアノズル２１がテーブル１０に干渉しないようにするためのものである。逃がし穴１２の内径Ｄ２（図３）は、被測定穴２ａの内径Ｄ１よりも１ｍｍ程度大きくなっている。
【0024】
エアノズル２１は、図３に示すように、略円筒形を為しており、その先端部にテーパー状の案内面２１ａを有している。本実施形態の内径測定装置１は、高精度で内径測定を行うためのものであるため、エアノズル２１の外径Ｄ３は、被測定穴２ａの内径Ｄ１に非常に近くなっている。具体的には、内径Ｄ１と外径Ｄ３との差が３０μｍ程度となっている。
【0025】
エアノズル２１の外周部には、複数個のエア噴出口２１ｂが設けられている。これらのエア噴出口２１ｂは、エアノズル２１に放射状に（エアノズル２１の中心線Ｃ１の周りに回転対称に）設けられる。エア噴出口２１ｂは、通常３個以上とされる。本実施態様においては、９０度の回転対称に配した４個のエア噴出孔２１ａを上下２段に配している。このため、エアノズル２１には計８個のエア噴出口２１ｂが設けられている。
【0026】
本実施形態においては、エアノズル支持手段３０として、図１に示すように、シャフト３１と、第一アーム３２ａと、第二アーム３２ｂと、旋回昇降体３３とを備えた水平多関節ロボット３０を採用している。第一アーム３２ａは、図２に示すように、その一端側をシャフト３１に支持されており、図示省略の第一アーム駆動手段によって、略鉛直な直線Ｌ１を回転中心として略水平方向（ｚ軸に垂直な方向）に揺動することができるようになっている（同図における矢印Ｍ１を参照。）。第二アーム３２ｂは、その一端側を、第一アーム３２ａの他端側に支持されており、図示省略の第二アーム駆動手段によって、略鉛直な直線Ｌ２を回転中心として略水平方向に揺動することができるようになっている（同図における矢印Ｍ２を参照。）。旋回昇降体３３は、第二アーム３２ｂの他端側に支持されており、図示省略の昇降体昇降駆動手段によって、略鉛直方向（ｚ軸方向に平行な方向）に昇降することができるようになっている（同図における矢印Ｍ３を参照。）。また、旋回昇降体３３は、図示省略の昇降体旋回駆動手段によって、略鉛直な直線Ｌ３を旋回中心として（θ軸方向正側及び負側に）旋回することもできるようになっている（同図における矢印Ｍ４を参照。）。エアノズル２１は、旋回昇降体３３の先端部（下端部）に取り付けられている。
【0027】
第一アーム３２ａと、第二アーム３２ｂとのいずれかまたは両方を揺動させると、エアノズル２１をｘ－ｙ平面方向に移動させることができ、旋回昇降体３３を昇降させると、エアノズル２１をｚ軸方向に移動させることができる。すなわち、エアノズル２１を３次元的に自由度高く移動させることができる。ただし、第一アーム３２ａや第二アーム３２ｂを揺動させると、エアノズル２１の回転位置（図２のθ軸方向における位置）が変わるため、何ら手当をしなければ、被測定穴２ａに対するエアノズル２１の回転位置精度を高めにくくなるおそれがある。この点、本実施形態においては、昇降体旋回駆動手段を設けているため、エアノズル２１の回転位置を精度よく一定に保ったまま、エアノズル２１をｘ－ｙ平面方向に移動させることができる。したがって、位置精度だけでなく回転位置精度も高い状態でエアノズル２１を被測定穴２ａに挿入することができる。あるいは、エアノズル２１の回転位置を所望の角度に調節することもできる。
【0028】
水平多関節ロボット３０は、可搬重量がエアマイクロメータ２０のエアノズル２１の１．２倍以上であり、繰り返し位置精度が±２０μｍ以下のものを選択すると好ましい。本実施態様においては、繰り返し位置精度が±１０μｍであるアイエイアイ社製のＩＸＡシリーズを採用している。
【0029】
旋回昇降体３３とエアノズル２１との間には、フローティングユニット２２が介在している。これにより、エアノズル２１は、略水平方向（ｘ－ｙ平面に平行な方向）への変位が許容された状態となっている。本実施態様においては、４００μｍ以内の変位を許容するフローティングユニット２２を採用している。旋回昇降体３３とフローティングユニット２２との間には、オートツールチェンジャーを介在させてもよい。これにより、エアノズル２１を自動で取り換えることができる。
【0030】
図９は、図１の内径測定装置１における制御部１００のブロック図である。本実施形態における制御部１００は、図９に示すように、エアノズル挿入準備手段１１０と、案内面一部挿入手段１２０と、エアノズル解放手段１３０と、第一エアノズル下降手段１４０と、エアノズル拘束手段１５０と、第二エアノズル下降手段１６０と、エア噴出手段１７０を備えている。これら各手段の機能については、後で説明する。
【0031】
２．内径測定方法
図１０は、図１の内径測定装置１を用いて内定測定を行う場合の手順例を示すフロー図である。図１の内径測定装置１は、図１０に示すように、エアノズル挿入準備手順Ｓ１と、案内面一部挿入手順Ｓ２と、エアノズル解放手順Ｓ３と、第一エアノズル下降手順Ｓ４と、エアノズル拘束手順Ｓ５と、第二エアノズル下降手順Ｓ６と、エア噴出手順Ｓ７とを経ることにより、被測定穴２ａの内径測定を行うことができる。以下、これらの各手順について説明する。
図１０は、図１の内径測定装置１を用いて内定測定を行う場合の手順例を示すフロー図である。図１の内径測定装置１は、図１０に示すように、エアノズル挿入準備手順Ｓ１と、案内面一部挿入手順Ｓ２と、エアノズル解放手順Ｓ３と、第一エアノズル下降手順Ｓ４と、エアノズル拘束手順Ｓ５と、第二エアノズル下降手順Ｓ６と、エア噴出手順Ｓ７とを経ることにより、被測定穴２ａの内径測定を行うことができる。以下、これらの各手順について説明する。
【0032】
２．１ エアノズル挿入準備手順
エアノズル挿入準備手順Ｓ１は、水平多関節ロボット３０（図１）を駆動して、図３に示すように、エアノズル２１を、テーブル１０に支持されたワーク２の被測定穴２ａの略直上に配する手順である。エアノズル挿入準備手順Ｓ１における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００のエアノズル挿入準備手段１１０によって制御されている。
エアノズル挿入準備手順Ｓ１は、水平多関節ロボット３０（図１）を駆動して、図３に示すように、エアノズル２１を、テーブル１０に支持されたワーク２の被測定穴２ａの略直上に配する手順である。エアノズル挿入準備手順Ｓ１における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００のエアノズル挿入準備手段１１０によって制御されている。
【0033】
ところで、本実施形態においては、既に述べたように、被測定穴２ａの内径Ｄ１とエアノズル２１の外径Ｄ３との差が３０μｍ程度となっている。このため、図７や図８に示すようにエアノズル２１を被測定穴２ａに挿入するためには、エアノズル２１の中心線Ｃ１を、被測定穴２ａの中心線Ｃ２に対して±１５μｍの誤差範囲で一致させる必要がある。ところが、本実施形態においては、後で詳しく説明するように、テーブル１０上のワーク２の位置精度が±１００μｍ程度となっている。また、エアノズル２１を移動させる水平多関節ロボット３０の位置精度は、上述したように、±１０μｍ程度である。したがって、エアノズル挿入準備手順Ｓ１が完了した段階では、被測定穴２ａとエアノズル２１との略水平方向における位置が、エアノズル２１の中心線Ｃ１と被測定穴２ａの中心線Ｃ２とが、±１５μｍよりも大きくずれている場合がある。
【0034】
このため、図３に示す状態から単に旋回昇降体３３を下降させるだけでエアノズル２１を被測定穴２ａに挿入しようとすると、エアノズル２１が被測定穴２ａの上縁部に衝突してしまい、エアノズル２１やワーク２に傷が付くおそれがある。この点、本実施形態においては、後の案内面一部挿入手順Ｓ２～第一エアノズル下降手順Ｓ４を行うことによって、エアノズル２１やワーク２に傷が付きにくい状態でエアノズル２１を被測定穴２ａに挿入することができる。
【0035】
２．２ 案内面一部挿入手順
案内面一部挿入手順Ｓ２は、図３に示す位置から旋回昇降体３３を下降させることによって、図４に示すように、エアノズル２１を、案内面２１ａの一部が被測定穴２ａに挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる手順である。案内面一部挿入位置の高さ（ｚ軸方向の位置）は、被測定穴２ａとエアノズル２１との略水平方向における位置が誤差範囲最大限にずれていたとしても、案内面２１ａが被測定穴２ａの上縁部に当接しないギリギリの高さに設定される。
案内面一部挿入手順Ｓ２は、図３に示す位置から旋回昇降体３３を下降させることによって、図４に示すように、エアノズル２１を、案内面２１ａの一部が被測定穴２ａに挿入される案内面一部挿入位置まで移動させる手順である。案内面一部挿入位置の高さ（ｚ軸方向の位置）は、被測定穴２ａとエアノズル２１との略水平方向における位置が誤差範囲最大限にずれていたとしても、案内面２１ａが被測定穴２ａの上縁部に当接しないギリギリの高さに設定される。
【0036】
案内面一部挿入手順Ｓ２におけるエアノズル２１の移動速度は、特に限定されない。案内面一部挿入手順Ｓ２におけるエアノズル２１の移動速度の最大値は、６０ｍｍ／秒以上とすると好ましく、８０ｍｍ／秒以上とするとより好ましい。これにより、測定時間をより短くすることができる。本実施形態においては、案内面一部挿入手順Ｓ２におけるエアノズル２１の移動速度の最大値を、１００ｍｍ／秒程度としている。案内面一部挿入手順Ｓ２における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００の案内面一部挿入手段１２０によって制御されている。
【0037】
２．３ エアノズル解放手順
エアノズル解放手順Ｓ３は、エアノズル２１が案内面一部挿入位置に配されたタイミングで（案内面一部挿入手順Ｓ２が完了したタイミングで）、それまで第一アーム駆動手段に動きを拘束（制御）されていた第一アーム３２ａ（図１）と、第二アーム駆動手段に動きを拘束（制御）されていた第二アーム３２ｂとを共に解放することにより、エアノズル２１を、外力によって略水平方向に変位できる状態とする手順である。エアノズル解放手順Ｓ３における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００のエアノズル解放手段１３０ｓによって制御されている。
エアノズル解放手順Ｓ３は、エアノズル２１が案内面一部挿入位置に配されたタイミングで（案内面一部挿入手順Ｓ２が完了したタイミングで）、それまで第一アーム駆動手段に動きを拘束（制御）されていた第一アーム３２ａ（図１）と、第二アーム駆動手段に動きを拘束（制御）されていた第二アーム３２ｂとを共に解放することにより、エアノズル２１を、外力によって略水平方向に変位できる状態とする手順である。エアノズル解放手順Ｓ３における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００のエアノズル解放手段１３０ｓによって制御されている。
【0038】
２．４ 第一エアノズル下降手順
第一エアノズル下降手順Ｓ４は、第一アーム３２ａ及び第二アーム３２ｂ（図１）の拘束が解放された状態のまま旋回昇降体３３を下降させることによって、エアノズル２１を、図４に示す案内面一部挿入位置から、図６に示すように、案内面２１ａの全部が被測定穴２ａに挿入される案内面全部挿入位置まで下降させる手順である。案内面一部挿入位置（図４）からエアノズル２１を下降させると、被測定穴２ａとエアノズル２１との略水平方向における位置が一定以上ずれていた場合には、図５に示すように、エアノズル２１の案内面２１ａが被測定穴２ａの上縁部に当接する。そこからさらにエアノズル２１を下降させると、エアノズル２１は、案内面２１ａに案内されて略水平方向に自動的に変位する。これにより、エアノズル２１が、被測定穴２ａの内壁に沿いながら被測定穴２ａに挿入されるようにすることができ、案内面２１ａとワーク２との間に生じる衝撃を小さく抑えることができる。したがって、案内面２１ａやワーク２に傷が付きにくくすることができる。
第一エアノズル下降手順Ｓ４は、第一アーム３２ａ及び第二アーム３２ｂ（図１）の拘束が解放された状態のまま旋回昇降体３３を下降させることによって、エアノズル２１を、図４に示す案内面一部挿入位置から、図６に示すように、案内面２１ａの全部が被測定穴２ａに挿入される案内面全部挿入位置まで下降させる手順である。案内面一部挿入位置（図４）からエアノズル２１を下降させると、被測定穴２ａとエアノズル２１との略水平方向における位置が一定以上ずれていた場合には、図５に示すように、エアノズル２１の案内面２１ａが被測定穴２ａの上縁部に当接する。そこからさらにエアノズル２１を下降させると、エアノズル２１は、案内面２１ａに案内されて略水平方向に自動的に変位する。これにより、エアノズル２１が、被測定穴２ａの内壁に沿いながら被測定穴２ａに挿入されるようにすることができ、案内面２１ａとワーク２との間に生じる衝撃を小さく抑えることができる。したがって、案内面２１ａやワーク２に傷が付きにくくすることができる。
【0039】
ところで、本実施形態においては、既に述べたように、水平方向に略平行なワーク支持面１１にワーク２を載置することによって、ワーク２を略水平方向に変位可能な状態で支持している。このため、案内面２１ａが被測定穴２ａの上縁部に当接した際には、エアノズル２１だけでなく、ワーク２も略水平方向に自動的に変位することができる。これにより、案内面２１ａやワーク２により傷が付きにくくすることができる。
【0040】
第一エアノズル下降手順Ｓ４におけるエアノズル２１の移動速度は、特に限定されない。第一エアノズル下降手順Ｓ４におけるエアノズル２１の移動速度の最大値は、５０ｍｍ／秒以下とすると好ましく、４０ｍｍ／秒以下とするとより好ましい。これにより、案内面２１ａとワーク２との間に生じる衝撃をより小さく抑えることができる。本実施形態においては、第一エアノズル下降手順Ｓ４におけるエアノズル２１の移動速度の最大値を、３０ｍｍ／秒程度としている。第一エアノズル下降手順Ｓ４における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００の第一エアノズル下降手段１４０によって制御されている。
【0041】
２．５ エアノズル拘束手順
エアノズル拘束手順Ｓ５は、エアノズル２１が案内面全部挿入位置に配されたタイミングで（第一エアノズル下降手順Ｓ４が完了したタイミングで）、解放されていた第一アーム３２ａ及び第二アーム３２ｂ（図１）を再び拘束（制御）する手順である。この手順を設けている理由は、後で説明する。エアノズル拘束手順Ｓ５における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００のエアノズル拘束手段１５０によって制御されている。
エアノズル拘束手順Ｓ５は、エアノズル２１が案内面全部挿入位置に配されたタイミングで（第一エアノズル下降手順Ｓ４が完了したタイミングで）、解放されていた第一アーム３２ａ及び第二アーム３２ｂ（図１）を再び拘束（制御）する手順である。この手順を設けている理由は、後で説明する。エアノズル拘束手順Ｓ５における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００のエアノズル拘束手段１５０によって制御されている。
【0042】
２．６ 第二エアノズル下降手順
第二エアノズル下降手順Ｓ６は、図６に示す案内面全部挿入位置からエアノズル２１をさらに下降させて、図７に示すように、被測定穴２ａ内における所定の高さ（ｚ軸方向の位置）に配する手順である。このとき、エアノズル拘束手順Ｓ５を行わず、第一アーム３２ａ及び第二アーム３２ｂ（図１）が解放されたままとしてもよいが、エアノズル拘束手順Ｓ５を設けて、第一アーム３２ａ及び第二アーム３２ｂが拘束された状態でエアノズル２１を下降させることが好ましい。これにより、エアノズル２１の略鉛直方向（ｚ軸方向）における位置精度を高めることができる。第二エアノズル下降手順Ｓ６が完了した段階においては、図７に示すように、エアノズル２１の中心線Ｃ１と被測定穴２ａの中心線Ｃ２とがずれたままの場合があるが、これは、次のエア噴出手順Ｓ７で補正される。第二エアノズル下降手順Ｓ６における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００の第二エアノズル下降手段１６０によって制御されている。
第二エアノズル下降手順Ｓ６は、図６に示す案内面全部挿入位置からエアノズル２１をさらに下降させて、図７に示すように、被測定穴２ａ内における所定の高さ（ｚ軸方向の位置）に配する手順である。このとき、エアノズル拘束手順Ｓ５を行わず、第一アーム３２ａ及び第二アーム３２ｂ（図１）が解放されたままとしてもよいが、エアノズル拘束手順Ｓ５を設けて、第一アーム３２ａ及び第二アーム３２ｂが拘束された状態でエアノズル２１を下降させることが好ましい。これにより、エアノズル２１の略鉛直方向（ｚ軸方向）における位置精度を高めることができる。第二エアノズル下降手順Ｓ６が完了した段階においては、図７に示すように、エアノズル２１の中心線Ｃ１と被測定穴２ａの中心線Ｃ２とがずれたままの場合があるが、これは、次のエア噴出手順Ｓ７で補正される。第二エアノズル下降手順Ｓ６における水平多関節ロボット３０の動作は、制御部１００の第二エアノズル下降手段１６０によって制御されている。
【0043】
２．７ エア噴出手順
エア噴出手順Ｓ７は、図示省略のエア供給手段によってエアノズル２１にエアを供給し、エア噴出口２１ｂから被測定穴２ａの内壁に向かってエアを放射状に噴出する手順である。それぞれのエア噴出口２１ｂにおけるエア流量又はエア背圧は、エアマイクロメータ２０によって計測され、その計測結果に基づいて被測定穴２ａの内径Ｄ１が算出される。
エア噴出手順Ｓ７は、図示省略のエア供給手段によってエアノズル２１にエアを供給し、エア噴出口２１ｂから被測定穴２ａの内壁に向かってエアを放射状に噴出する手順である。それぞれのエア噴出口２１ｂにおけるエア流量又はエア背圧は、エアマイクロメータ２０によって計測され、その計測結果に基づいて被測定穴２ａの内径Ｄ１が算出される。
【0044】
このとき、エアノズル２１の中心線Ｃ１と被測定穴２ａの中心線Ｃ２とが大きくずれていると、内径測定の繰り返し精度を高めにくくなる。この点、本実施態様においては、フローティングユニット２２によってエアノズル２１が外力による略水平方向における変位を許容した状態となっている。加えて、上述したように、ワーク２も、略水平方向における変位を許容した状態となっている。このため、エア噴出口２１ｂからエアが放射状に噴出されると、エアの圧力によって、エアノズル２１とワーク２のいずれか又は両方が略水平方向に自動的に変位して（互いの位置が自動的に補正されて）、図８に示すように、エアノズル２１の中心線Ｃ１と被測定穴２ａの中心線Ｃ２とが高精度で一致するようになっている。したがって、ワーク２の位置決めが低精度であり、かつ位置精度がさほど高くない水平多関節ロボット３０を用いていても、極めて高い繰り返し精度で内径測定を行うことができる。本実施態様の内径測定装置１は、±０．５μｍ程度の繰り返し測定精度を実現することができる。
【0045】
ここで、ワーク２の水平方向への変位を許容することだけを考慮すると、エア圧や磁力等でワーク２をテーブル１０から浮かせる方法も採用し得るように思われるかもしれない。しかし、ワーク２を浮かせると、非常に小さな力でもワーク２が大きく変位するようになってしまい、ワーク２の位置がふらついて安定せず、却って測定精度が低下するおそれがある。このため、本実施態様においては、ワーク２をテーブル１０（ワーク支持手段）に接触させた状態で測定を行うようにしている。ただし、ワーク２とテーブル１０との摩擦が小さくなるように、ワーク支持面１１を、滑らかな平面に形成している。
【0046】
エア噴出手順Ｓ７におけるエア供給手段やエアマイクロメータ２０の動作は、制御部１００のエア噴出手段１７０によって制御されている。エア噴出手順Ｓ７が完了すると、１つのワーク２の内径測定が終了する。以上のように、本実施態様の内径測定装置１を用いると、被測定穴２ａの高精度内径測定を、短時間で行うことができる。
【0047】
エアマイクロメータ２０及びエアノズル２１は、被測定穴２ａの形状や求められる測定精度に合わせて、適宜選択される。エアノズル２１の案内面２１ａの形状は、エアノズル２１を案内可能なものであれば、特に限定されない。案内面２１ａは、エアノズル２１の先端部における外周の全部に連続的に設けてもよいし、断続的に設けてもよい。本実施形態における案内面２１ａは、図３に示すように、テーパー状に形成されている。
【0048】
案内面２１ａは、通常、旋回昇降体３３の下降方向（すなわち、略鉛直方向）に対して傾斜して設けられる。旋回昇降体３３の下降方向に対する案内面２１ａの傾斜角度φ１（図３）は、特に限定されないが、傾斜角度φ１が小さすぎるとエアノズル２１を案内しづらくなる。一方、傾斜角度φ１が大きすぎると、案内面２１ａが被測定穴２ａの上縁部に当接した際の衝撃が大きくなるおそれがある。このため、傾斜角度φ１は５～３０°程度とすることが好ましく、１０～２０°程度とすることがより好ましい。本実施形態における傾斜角度φ１は、１５°程度となっている。
【0049】
本実施形態においては、案内面２１ａに、耐摩耗加工を施している。具体的には、案内面２１ａを非常に硬い材料でコーティングしている。これにより、案内面２１ａが摩耗しにくくすることができる。また、本実施形態においては、案内面２１ａの表面を滑らかに研磨している。これにより、案内面２１ａが被測定穴２ａの上縁部に当接した際の衝撃をより小さくすることができ、ワーク２により傷がつきにくくすることができる。
【0050】
エアノズル支持手段３０は、エアノズル２１を略水平方向に二次元的に移動させる水平移動機構（本実施形態においては、第一アーム３２ａ及び第二アーム３２ｂを採用）と、エアノズル２１を略鉛直方向に移動させる鉛直移動機構（本実施形態においては、旋回昇降体３３を採用）とを備えたものであれば、その具体的な種類を限定されない。エアノズル支持手段３０としては、水平多関節ロボットのほかにも、例えば、円筒座標型ロボットや、直角座標型ロボット等を採用することができる。
【0051】
水平移動機構３２ａ，３２ｂを駆動する水平移動機構駆動手段（図示省略）は、その種類を特に限定されない。水平移動機構駆動手段としては、例えば、モータや、流体圧シリンダ等を採用することができる。水平移動機構駆動手段としてモータを採用した場合には、上述したエアノズル解放手順Ｓ３（図１０）において、モータへの電力供給を切り、出力軸が自由に回転できるようにすることで、水平移動機構の拘束を解放することができる。同様に、エアノズル拘束手順Ｓ５においては、モータへの電力供給を再開することによって、水平移動機構を再度拘束することができる。一方、水平移動機構駆動手段として流体圧シリンダを採用した場合には、シリンダ室を開放し、ピストンが自由に移動できるようにすることで、水平移動機構の拘束を解放することができ、シリンダ室を再度閉鎖することで、水平移動機構を再度拘束することができる。
【0052】
鉛直移動機構３３を駆動する鉛直移動機構駆動手段（図示省略）も、その種類を特に限定されない。鉛直移動機構駆動手段としては、例えば、流体圧シリンダや、モータ等を採用することができる。
【0053】
内径測定の精度を高めるためには、エアノズル２１を被測定穴２ａに対して真っ直ぐに挿入する（すなわち、エアノズル２１の中心線Ｃ１（図３）を、被測定穴２ａの中心線Ｃ２（図３）に対して平行に保ったままエアノズル２１を下降させる）ことも重要である。フローティングユニット２２は、エアノズル２１の位置を補正するものであり、傾きまで補正するものではない。したがって、鉛直移動機構３３の移動方向と、被測定穴２ａの中心線Ｃ２（すなわち、鉛直方向）との角度差は、１度以下とすることが好ましく、０．７度以下とすることがより好ましく、０．５度以下とすることがさらに好ましい。本実施態様においては、鉛直移動機構３３（旋回昇降体）の移動方向と、被測定穴２ａの中心線Ｃ２との角度差を、０．３度以下としている。
【0054】
１つのワーク２の測定が終了すると、エアノズル２１が上昇することによって被測定穴２ａから退出する。そして、測定を終えたワーク２は測定位置から払い出されて、新たなワーク２が測定位置に搬入され、次の測定が行われる。多数のワーク２を効率よく測定するためには、ワーク２の搬出入に要する時間も短くすることが好ましい。以下、ワーク２を測定位置に搬入するためのワーク搬入手段、及び、ワーク２を測定位置から搬出するためのワーク搬出手段について説明する。
【0055】
３．ワーク搬入手段及びワーク搬出手段
図１１は、内径測定装置１のテーブル１０にワーク２を搬入するワーク搬入手段、及び、テーブル１０からワーク２を搬出するワーク搬出手段の動作を説明するための図である。図１１は、テーブル１０を上方から見た状態を示している。また、図１１においては、測定位置にあるワーク２を実線で示しており、搬入途中のワーク２及び搬出途中のワーク２を点線で示している。
図１１は、内径測定装置１のテーブル１０にワーク２を搬入するワーク搬入手段、及び、テーブル１０からワーク２を搬出するワーク搬出手段の動作を説明するための図である。図１１は、テーブル１０を上方から見た状態を示している。また、図１１においては、測定位置にあるワーク２を実線で示しており、搬入途中のワーク２及び搬出途中のワーク２を点線で示している。
【0056】
本実施態様においては、ワーク搬入手段及びワーク搬出手段として、Ｖ字状に形成されたワーク当接面４４ａと、ワーク当接面４４ａをワーク２に向かって進退移動させるシリンダ４４ｂとを備えたプッシャー４４を採用している。テーブル１０の一側（ｘ軸方向正側）には、新たに測定されるワーク２を運んでくるための搬入コンベア４１が、テーブル１０に隣接して設けられている。また、テーブル１０の他側（ｘ軸方向負側）には、測定後のワーク２のうち、所定の基準を満たしたものを運んでいくための良品搬出コンベア４２と、測定後のワーク２のうち、所定の基準を満たさなかったものを運んでいくための不良品搬出コンベア４３とが、テーブル１０に隣接して設けられている。プッシャー４４は、搬入コンベア４１の一側に設けられている。
【0057】
以下、ワーク２を測定位置に搬入する手順について説明する。測定に供されるワーク２は、まず、図１１の矢印Ｎ１で示すように、搬入コンベア４１に乗って測定位置の側方まで搬送されてくる。次に、プッシャー４４のワーク当接面４４ａが、同図の矢印αに示すように、搬入コンベア４１上のワーク２を一側から測定位置に向かって（ｘ軸方向負側に向かって）押す。これにより、同図の矢印Ｎ２で示すように、ワーク２が測定位置へと移動する。本実施態様においては、プッシャー４４の駆動手段としてシリンダ４４ｂを採用しているため、ボールねじ等を採用した場合に比べて、短時間でワーク２を搬入することができる。以上でワーク２の搬入が完了する。
【0058】
このとき、プッシャー４４のワーク当接面４４ａがＶ字状に形成されていることにより、外形が円筒状であるワーク２がワーク当接面４４ａに対して毎回同じ位置におさまるため、搬入コンベア４１によるワーク２の搬送位置（図１１におけるｙ方向の位置）が測定位置に対して多少ずれていたとしても、ある程度の精度でワーク２を測定位置に配することができる。ワーク当接面４４ａの形状は、Ｖ字状に限定されず、測定しようとするワーク２の形状に合わせて、多角形状や、アーチ状や、突起状等としてもよい。
【0059】
続いて、ワーク２を測定位置から搬出する手順について説明する。測定を終えたワーク２のうち、内径Ｄ１が基準範囲内であったものは、図１１の矢印Ｎ３に示すように、プッシャー４４によって測定位置から良品搬出コンベア４２上へと押し動かされ、同図の矢印Ｎ４に示すように、良品搬出コンベア４２に乗って搬送されていく。一方、測定を終えたワーク２のうち、内径Ｄ１が基準範囲外であったものは、同図の矢印Ｎ５に示すように、プッシャー４４によって測定位置から不良品搬出コンベア４３上へと押し動かされ、同図の矢印Ｎ６に示すように、不良品搬出コンベア４３に乗って搬送されていく。以上でワーク２の搬出が完了する。
【0060】
ところで、ワーク２の搬入及び搬出を行う際には、ワーク２やワーク搬入手段やワーク搬出手段がエアマイクロメータ２０のエアノズル２１と干渉しないようにする必要がある。この点、本実施態様において採用したプッシャー４４は、エアノズル２１がワーク２に近づいてくる方向（鉛直方向）に垂直な方向（水平方向）の動作のみによってワーク２を測定位置に搬入出することができるものであるため、エアノズル２１を測定位置の上方からさらに側方に逃がさなくとも、エアノズル２１に干渉することなくワーク２の搬入出を行うことができる。これにより、エアノズル２１を測定位置の上方に上昇させるだけで、ワーク２等がエアノズル２１と干渉しないようにすることができる。換言すると、ワーク２を搬入し、測定し、搬出するという一連の過程において、エアノズル２１はｚ軸方向に昇降するだけで足り、ｘ軸方向やｙ軸方向に移動する必要がない。これにより、エアノズル２１の移動に要する時間をより短くすることができる。また、繰り返し精度をより高めることもできる。
【0061】
ワーク搬入手段は、上記のものに限定されず、ワーク２の形状等に合わせて種々のものを選択することができる。本実施態様の内径測定装置１においては、既に述べたように、ワーク２を高精度で位置決めする必要がない。したがって、ワーク搬入手段は、位置決め精度の低いものであっても足りる（すなわち、制約が少ない）。ワーク搬入手段は、±２００μｍ以下の繰り返し誤差でワークを搬入できるものとすると好ましく、±１００μｍ以下の繰り返し誤差でワークを搬入できるものとするとより好ましい。
【0062】
ワーク搬入手段としては、例えば、プッシャー４４のほか、移載シリンダや、ロボット（多関節ロボットや、単軸ロボットや、直行ロボット等）や、ピックアンドプレース等を採用することができる。ワーク搬出手段も、特に限定されないが、ワーク搬入手段がワーク搬出手段も兼ねるようにすると、内径測定装置１をシンプルな構成とすることができるため好ましい。
【0063】
以上で説明した本実施態様の内径測定装置１においては、ワーク支持手段としてテーブル１０を採用していたが、ワーク支持手段は、これに限定されない。以下、ワーク支持手段の他の例について説明する。
【0064】
４．他の実施形態
図１２は、ワーク支持手段の他の例を示した斜視図である。図１２に示すワーク支持手段５１は、同図に示されるように、被測定穴３ａを挟む位置に一対の穴３ｂ（被測定穴３ａ以外の穴）を有する略四角柱状のワーク３を支持するためのものである。
図１２は、ワーク支持手段の他の例を示した斜視図である。図１２に示すワーク支持手段５１は、同図に示されるように、被測定穴３ａを挟む位置に一対の穴３ｂ（被測定穴３ａ以外の穴）を有する略四角柱状のワーク３を支持するためのものである。
【0065】
図１２に示す実施態様においては、ワーク３を支持するワーク支持手段として、板状のパレット５０上に立設されたワーク支持ピン５１を採用している。ワーク支持ピン５１は、２本を一組として、１枚のパレット５０に４組設けられている。ワーク３は、一対の穴３ｂに１組のワーク支持ピン５１をそれぞれ挿入された状態で支持される。すなわち、一枚のパレット５０に、４個のワーク３を積載することができるようになっている。
【0066】
このワーク３は、パレット５０ごと測定位置へ搬入出される。すなわち、別の場所でワーク３を積載されたパレット５０は、ベルトコンベア等で側方から測定位置へと搬入される。パレット５０（ワーク３）の搬入が完了すると、水平多関節ロボット３０（図１を参照。）がエアノズル２１を三次元的に移動させて、パレット５０に積載された４個のワーク３の被測定穴３ａを順に測定する。４個のワーク３全ての測定が終了すると、パレット５０ごとワーク３が測定位置から搬出される。これにより、ワーク３を１個ずつ搬入出する場合に比べて、時間を大幅に節約することができる。４個のワーク３の測定に要する時間は、９０秒以内となっている。
【0067】
図１３は、図１２のワーク支持手段を、同図におけるＡ－Ａ面で切断した断面図である。ワーク支持ピン５１の長手方向中間部分には、図１３に示すように、フランジ５１ａが設けられている。ワーク３は、フランジ５１ａ上に乗った状態で支持される。ワーク支持ピン５１と、穴３ｂとの間には、図１３の拡大部分に示すように、隙間が設けられている。換言すると、ワーク支持ピン５１の直径は、穴３ｂの内径よりも小さくなっている。また、フランジ５１ａの上面は、水平方向に略平行で滑らかな平面状のワーク支持面５１ａ１となっている。この隙間があることと、ワーク支持面５１ａ１が滑らかな平面状に形成されていることにより、ワーク３は、水平方向における変位が許容された状態でワーク支持ピン５１に支持される。これにより、ワーク支持手段としてテーブル１０を採用した場合と同様に、より高精度で被測定穴３ａの内径を測定することができる。ワーク支持ピン５１と穴３ｂとの隙間の幅Ｗ１は、通常、２００μｍ以下とされる。図１２に示す実施態様においては、幅Ｗ１を１００μｍ程度としている。
【0068】
５．用途
本発明に係る内径測定装置は、精密測定用の装置として好適に用いることができる。より具体的には、±１０μｍ以下の誤差が要求される精密測定に本発明を用いると、本発明の意義を高めることができるため好ましい。既に述べたように、本発明に係る内径測定装置は、繰り返し誤差±０．５μｍ程度という非常に高い測定精度を有するものであるため、要求される誤差範囲が±０．５μｍよりも大きい場合であれば好適に用いることができる。すなわち、例えば、±６μｍ以下の誤差が要求される場合や、±４μｍ以下の誤差が要求される場合や、±２μｍ以下の誤差が要求される場合や、±１μｍ以下の誤差が要求される場合にも用いることができる。
本発明に係る内径測定装置は、精密測定用の装置として好適に用いることができる。より具体的には、±１０μｍ以下の誤差が要求される精密測定に本発明を用いると、本発明の意義を高めることができるため好ましい。既に述べたように、本発明に係る内径測定装置は、繰り返し誤差±０．５μｍ程度という非常に高い測定精度を有するものであるため、要求される誤差範囲が±０．５μｍよりも大きい場合であれば好適に用いることができる。すなわち、例えば、±６μｍ以下の誤差が要求される場合や、±４μｍ以下の誤差が要求される場合や、±２μｍ以下の誤差が要求される場合や、±１μｍ以下の誤差が要求される場合にも用いることができる。
【符号の説明】
【0069】
１ 内径測定装置
２ ワーク
２ａ 被測定穴
３ ワーク
３ａ 被測定穴
３ｂ 穴
１０ テーブル（ワーク支持手段）
１１ ワーク支持面
１２ 逃がし穴
２０ エアマイクロメータ
２１ エアノズル
２１ａ 案内面
２１ｂ エア噴出口
２２ フローティングユニット
３０ 水平多関節ロボット（エアノズル支持手段）
３１ シャフト
３２ａ 第一アーム（水平移動機構）
３２ｂ 第二アーム（水平移動機構）
３３ 旋回昇降体（鉛直移動機構）
４１ 搬入コンベア
４２ 良品搬出コンベア
４３ 不良品搬出コンベア
４４ プッシャー
４４ａ ワーク当接面
４４ｂ シリンダ
５０ パレット
５１ ワーク支持ピン（ワーク支持手段）
５１ａ フランジ
５１ａ１ ワーク支持面
１００ 制御部
１１０ エアノズル挿入準備手段
１２０ 案内面一部挿入手段
１３０ エアノズル解放手段
１４０ 第一エアノズル下降手段
１５０ エアノズル拘束手段
１６０ 第二エアノズル下降手段
１７０ エア噴出手段
Ｃ１ エアノズルの中心線
Ｃ２ 被測定穴の中心線
２ ワーク
２ａ 被測定穴
３ ワーク
３ａ 被測定穴
３ｂ 穴
１０ テーブル（ワーク支持手段）
１１ ワーク支持面
１２ 逃がし穴
２０ エアマイクロメータ
２１ エアノズル
２１ａ 案内面
２１ｂ エア噴出口
２２ フローティングユニット
３０ 水平多関節ロボット（エアノズル支持手段）
３１ シャフト
３２ａ 第一アーム（水平移動機構）
３２ｂ 第二アーム（水平移動機構）
３３ 旋回昇降体（鉛直移動機構）
４１ 搬入コンベア
４２ 良品搬出コンベア
４３ 不良品搬出コンベア
４４ プッシャー
４４ａ ワーク当接面
４４ｂ シリンダ
５０ パレット
５１ ワーク支持ピン（ワーク支持手段）
５１ａ フランジ
５１ａ１ ワーク支持面
１００ 制御部
１１０ エアノズル挿入準備手段
１２０ 案内面一部挿入手段
１３０ エアノズル解放手段
１４０ 第一エアノズル下降手段
１５０ エアノズル拘束手段
１６０ 第二エアノズル下降手段
１７０ エア噴出手段
Ｃ１ エアノズルの中心線
Ｃ２ 被測定穴の中心線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】