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深穴計測装置および深穴計測方法 コモンズ

国内特許コード P05P002709
整理番号 Y2003-P548
掲載日 2006年2月16日
出願番号 特願2004-136557
公開番号 特開2005-315814
登録番号 特許第4230408号
出願日 平成16年4月30日(2004.4.30)
公開日 平成17年11月10日(2005.11.10)
登録日 平成20年12月12日(2008.12.12)
発明者
  • 甲木 昭雄
  • 鬼鞍 宏▲猷▼
  • 佐島 隆生
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 深穴計測装置および深穴計測方法 コモンズ
発明の概要 【課題】 より深い深穴について、その加工精度を高倍率で計測することが可能な深穴計測装置および深穴計測方法を提供する。
【解決手段】 被加工物4の深穴に挿入する深穴計測プローブ5の先端には、回転体である計測ユニット8が設けられており、この計測ユニット8の先端には、穴の内壁(穴壁)に当接するように突出するスタイラスが設けられている。このスタイラスの動きを測長器16によりレーザ光により検出することで、当該深穴3の加工精度を計測する。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


近年、各種産業用機器、輸送機は高機能化が進んでいるため、これら機器やその部品等においては、その高機能化に伴い、高精度の製造や加工が要求されている。このような機械加工のうち、深穴加工(穴深さ/穴径の比が大きい穴の加工)では、深穴の加工精度を向上させるために、形成される穴の真円度や真直度等を計測することが重要となる。



上記深穴加工において、加工精度を計測する技術としては、例えば、本発明者らによって提案されている深穴評価装置および深穴評価方法を挙げることができる(特許文献1参照)。



上記技術では、先端部分を被加工物に対して回転させ、該回転の中心軸から被加工物の内壁までの半径方向の距離を計測する深穴評価プローブを用いている。すなわち、この技術で用いられている深穴評価装置は、被加工物の深穴内部に存在し、深穴の形成方向に回転して移動可能な深穴評価プローブと、被加工物の外部に存在し、深穴評価プローブから得られた計測データを計測結果として生成し出力する本体部とを備える構成であるということができる。



上記深穴評価装置では、上記平面における深穴評価プローブの位置ずれと中心軸を中心とする円方向における深穴評価プローブの傾きとをそれぞれ検出するようになっている。ここで、上記位置ずれおよび傾きを示す成分にお互いの干渉成分が含まれているため、実際の深穴評価プローブの位置ずれ、傾きとは異なる検出結果となる。それゆえ、上記技術では、中心軸方向に対する垂直な平面上に位置する2点において、正常位置からの位置ずれと、中心軸を中心とする円方向における正常位置からの傾きとを検出し、検出結果に含まれる干渉成分を除去している。これにより、正確に検出された位置ずれおよび傾きを修正することで、従来よりも高精度な深穴精度計測を実現することが可能となる。



なお、上記技術では、それまで知られていた深穴評価・計測技術とは異なり、真直度、真円度、円筒度、直径等を包括的に計測することが可能となっている。従来技術では、真円度は真円度測定器、真直度はオートコリメータ、直径はシリンダゲージにより計測している。



また、レーザを用いた変位計測技術としては、三角測量法を応用したレーザ変位計が知られている(非特許文献1参照)。この技術では、レーザの使用により変位を高精度に計測するが可能となっている。



ところで、上記のような深穴評価装置や深穴計測装置の構成は、一般に、深穴評価プローブ等の回転体と、上記本体部等の静止体とからなっている。上記回転体から静止体へ各種信号を送付する技術としては、無線式のものが知られている。具体的には、例えば、非特許文献2に開示されている無線式電子マイクロインジケーターでは、約18MHzの搬送周波数帯域で信号を送信している。なお、この技術では有線による送信も可能となっている。
【特許文献1】
特開2003-159607(平成15(2003)年6月3日公開)
【非特許文献1】
KEYENCE、測定器総合カタログ’92、48頁(1992年発行)
【非特許文献2】
株式会社小笠原小型ホブ研究所、無線式電子マイクロインジケーターESM-05L型カタログ(1980年頃発行、改訂なし)

産業上の利用分野


本発明は、深穴の各種加工精度を計測する深穴計測装置および深穴計測方法に関するものであり、特に、航空機のエンジンやランディングギア、加速器、新幹線の車軸、プラスチック射出成形機、印刷機の巻取りシリンダ、火器、ドリルカラ等のように、精度を要する深穴加工全般に好適に適用することができる深穴計測装置および深穴計測方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
被加工物に形成された穴に挿入された状態で、当該穴の加工精度を計測する深穴計測プローブを備えている深穴計測装置において、
上記深穴計測プローブの端部には、回転の中心軸方向に対して直交する方向に突出し、かつその先端が穴壁に接触した状態で、穴壁の表面に対して直交方向に可動する針状部材が、前記被加工物に対して前記中心軸の周りに回転可能に備えられているとともに、
さらに、上記針状部材へのレーザ光の照射により当該針状部材の動きを検出するレーザ照射検出手段が、上記穴の外部に設けられており、
上記針状部材には、上記針状部材の可動方向に沿って入射する上記レーザ光を受光して上記可動方向に沿って反射するレーザ光反射部材が設けられており、
上記深穴計測プローブの端部の前面には、上記レーザ光を受光して上記レーザ光反射部材側に向かって上記可動方向に沿って上記中心軸から離れる方向にレーザ光の進路を曲げるとともに、当該レーザ光反射部材により反射されたレーザ光を受光して入射側にレーザ光の進路を曲げるレーザ光中間受光部材が、上記針状部材と一体に前記中心軸の周りに回転可能に設けられていることを特徴とする深穴計測装置。

【請求項2】
上記レーザ照射検出手段は、レーザ光反射部材からの反射光から、上記針状部材の動きを検出することを特徴とする請求項1に記載の深穴計測装置。

【請求項3】
上記針状部材は、上記中心軸方向に対して直交する方向に突出しており、
上記レーザ光中間受光部材およびレーザ光反射部材により形成されるレーザ光の入反射の経路は、全ての曲げ方向が直角方向となっていることを特徴とする請求項1に記載の深穴計測装置。

【請求項4】
上記針状部材は、リニアブシュにより回転の中心軸方向に対して直交する方向に可動するように支持されていることを特徴とする請求項3に記載の深穴計測装置。

【請求項5】
上記レーザ光中間受光部材が直角プリズムミラーであることを特徴とする請求項3または4に記載の深穴計測装置。

【請求項6】
上記レーザ光反射部材がコーナーキューブプリズムであることを特徴とする請求項3、4または5に記載の深穴計測装置。

【請求項7】
さらに、上記針状部材の動きを数値化して、加工精度情報として生成するレーザ検出結果解析手段を備えていることを特徴とする請求項1ないし6の何れか1項に記載の深穴計測装置。

【請求項8】
上記レーザ検出結果解析手段は、上記穴の横断面の中心を通過して横断する方向をX方向、このX方向に直交する方向をY方向とし、上記針状部材の動きをこれらX方向および/またはY方向への移動距離として数値化することを特徴とする請求項7に記載の深穴計測装置。

【請求項9】
上記レーザ検出結果解析手段は、さらに、穴の深さ方向をZ方向として、上記針状部材の位置をZ方向への移動距離として数値化することを特徴とする請求項8に記載の深穴計測装置。

【請求項10】
上記レーザ光検出結果解析手段は、針状部材の動きを、X、YおよびZ方向のうち少なくとも1方向についての軌跡として表示可能とするように、加工精度情報を生成することを特徴とする請求項8または9に記載の深穴計測装置。

【請求項11】
上記加工精度として、穴の真直度、横断面の真円度、円筒度、横断面の直径、および穴の深さの少なくとも何れかを計測することを特徴とする請求項1ないし10の何れか1項に記載の深穴計測装置。

【請求項12】
さらに、深穴計測プローブの姿勢を検出する姿勢検出手段と、当該姿勢検出手段により検出された深穴計測プローブの姿勢の乱れを修正する姿勢修正手段とを備えていることを特徴とする請求項1ないし11の何れか1項に記載の深穴計測装置。

【請求項13】
被加工物に形成された穴に深穴計測プローブを挿入した状態で、当該穴の加工精度を計測する深穴計測方法において、
上記深穴計測プローブの端部に、回転の中心軸方向に対して直交する方向に突出し、かつその先端が穴壁に接触した状態で、穴壁の表面に対して直交方向に可動する針状部材を、被加工物に対して前記中心軸の周りに回転可能に設けるとともに、
この針状部材にレーザ光を照射することで当該針状部材の動きを検出して数値化することにより加工精度を計測する深穴計測方法であって、
上記針状部材には、上記針状部材の可動方向に沿って入射する上記レーザ光を受光して上記可動方向に向かって反射するレーザ光反射部材が設けられており、
上記深穴計測プローブの端部の前面には、上記レーザ光を受光して上記レーザ光反射部材側に向かって上記可動方向に沿って上記中心軸から離れる方向にレーザ光の進路を曲げるとともに、当該レーザ光反射部材により反射されたレーザ光を受光して入射側にレーザ光の進路を曲げるレーザ光中間受光部材が、上記針状部材と一体に前記中心軸の周りに回転可能に設けられていることを特徴とする深穴計測方法。

【請求項14】
穴の横断面の中心を通過して横断する方向をX方向としたときに、このX方向に直交する方向をY方向とし、上記針状部材の動きをこれらX方向および/またはY方向への移動で数値化することを特徴とする請求項13に記載の深穴計測方法。

【請求項15】
さらに、穴の深さ方向をZ方向として、上記針状部材の位置をZ方向への移動で数値化することを特徴とする請求項14に記載の深穴計測方法。

【請求項16】
上記加工精度として、穴の真直度、横断面の真円度、円筒度、横断面の直径、および穴の深さの少なくとも何れかを計測することを特徴とする請求項13、14または15に記載の深穴計測方法。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 登録
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