JP2005208047A - 部材の次元的パラメータ決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動する部材の長さを動的に測定できる測定方法を提供する。
【解決手段】 第１のセンサ１８および第２のセンサ２０を提供する工程と、センサ１８，２０間の相対的距離２８が固定されかつセンサ１８，２０による検出中に調整が必要でないように、第１のセンサ１８および第２のセンサ２０間の距離２８を含む、センサ間の一組の一定距離Δｌを固定する工程と、第１の時間セグメントΔｔ₁および第２の時間セグメントΔｔ₂の比であるΔｔ₂/Δｔ₁に基づいてピン長さを測定する工程とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多数の部材の次元的パラメータの範囲を決定するための分野に関する。とくに、本発明は、２つまたは３つの近接センサを用いた部品長測定方法に関する。

部品長さを測定するために、単一のセンサを用いることは知られている。米国特許第 5,430,665号は、移動する細長い物体の長さを測定する装置および方法について教示している。

また、多数のセンサを使用することも知られている。この場合、特定の長さを有する部品の測定に関して、少なくとも一方のセンサは、他方のセンサに対して調節されている必要がある。たとえば、長さを測定するのに多数のセンサを一直線上にして用いることは知られている。この場合、システムは、長さの測定において正確な位置決めに依存している。

その一方、上述した既知の測定形式においては、最速のシステムのサンプリング速度ですら、移動するピンの長さを動的に測定するには十分ではなかった。正確な測定においては、ピンはほんの一瞬でも静的に保持されなければならなかった。

最小速度は１秒当たり部品数１０個以上と決められていたので、静的なサンプリングの考え方は、実際的ではない。費用効率の高い既製のセンサやセンサシステムは、要求される許容寸法の範囲内および要求速度においてピン長さを測定することができなかったため、新規な測定方法および測定システムが要請されている。
米国特許第5,430,665号明細書

本発明は、多数の部材の次元的パラメータの範囲を決定するための方法、とくに、移動する部材の長さを動的に測定することができる部品長測定方法を提供しようとしている。

請求項１の発明は、多数の部材の次元的パラメータの範囲を決定するための方法であって、第１のセンサおよび第２のセンサを含む少なくとも２つのセンサを提供する工程と、センサ間の相対的距離が固定されるとともにセンサの検出運転中に調整が必要でないように、第１のセンサおよび第２のセンサ間の少なくとも一つの距離を含む、センサ間の一組の一定距離Δｌを固定する工程と、第１の時間セグメントΔｔ₁および第２の時間セグメントΔｔ₂の比であるΔｔ₂/Δｔ₁に基づいて次元的パラメータを測定し、それによって、センサ間の相対的距離の調整が何ら要求されないようにする工程とを備えている。

請求項２の発明では、第１の時間セグメントΔｔ₁は、第１のセンサが多数の部材の中の一つの部材の固定ポイントとして記録を開始するときから始まって、第２のセンサが前記部材の前記固定ポイントとして記録を開始するときに終了する時間である。

請求項３の発明では、第２の時間セグメントΔｔ_２は、部材の長さが、少なくとも２つのセンサの中の単一のセンサを通過するのに要求される時間である。

請求項４の発明は、多数の部材の次元的パラメータの範囲を決定するための方法であって、第１のセンサおよび第２のセンサを含む２つのセンサを提供する工程と、センサ間の相対的距離が固定されるとともに調整が必要でないように、第１のセンサおよび第２のセンサ間の一定距離Δｌを固定する工程と、２つのセンサに対して多数の部材を移動させる工程と、各部材上のポイントを予め決定する工程と、第１の時間セグメントΔｔ₁を記録する工程と、第２の時間セグメントΔｔ_２を記録する工程と、部材の次元的パラメータを計算する工程とを備えている。

請求項５の発明では、部材の次元的パラメータが部材長さを有している。

請求項６の発明では、第１の時間セグメントΔｔ_１は、部材長さが第１のセンサ領域に入るポイントから当該ポイントが第２のセンサによって検出されるまでの時間セグメントである。

請求項７の発明では、第２の時間セグメントΔｔ_２は、第１または第２のセンサである単一のセンサを部材長さが通過するのに必要な時間セグメントである。

本発明は、少なくとも２つのセンサを用いて、これらのセンサ間の相対的距離が調節されずに固定された状態で、多数の部品の各々の長さを決定するための方法に関する。本発明においては、多数の部材の次元的パラメータの範囲を決定するための方法が提供されている。

この方法は以下の工程を備えている。すなわち、少なくとも２つのセンサを提供する工程。センサ間の相対的距離が固定されていて調節を免れるように、センサ間における一組の一定の距離（Δｌ）を定める工程。第１の時間セグメント（Δｔ_１）および第２の時間セグメント（Δｔ_２）の比（Δｔ_２/Δｔ_１）に基づいて次元パラメータを測定し、それによって、センサ間の相対的距離の調節が何ら必要とされないようにする工程。

多数の部材の次元的パラメータの範囲を決定するための方法が提供されている。この方法は以下の工程を備えている。すなわち、第１のセンサおよび第２のセンサを含む少なくとも２つのセンサを提供する工程。センサの検出中にセンサ間の相対的距離が固定されていて調節を免れるように、第１のセンサおよび第２のセンサ間の少なくとも一つの距離を含む、センサ間における一組の一定の距離（Δｌ）を定める工程。

第１の時間セグメント（Δｔ_１）および第２の時間セグメント（Δｔ_２）の比（Δｔ_２/Δｔ_１）に基づいて次元的パラメータを測定し、それによって、センサ間の相対的距離の調節が何ら必要とされないようにする工程。

多数の部材の次元的パラメータの範囲を決定するための方法が提供されている。この方法は以下の工程を備えている。すなわち、第１のセンサおよび第２のセンサを含む２つのセンサを提供する工程。センサ間の相対的距離が固定されていて調節を免れるように、第１のセンサおよび第２のセンサ間の一定の距離（Δｌ）を定める工程。多数の部材を２つのセンサに対して移動させる工程。各部材上の点を予め決定する工程。

第１の時間セグメント（Δｔ_１）および第２の時間セグメント（Δｔ_２）の比（Δｔ_２/Δｔ_１）に基づいて次元的パラメータを測定し、それによって、センサ間の相対的距離の調節が何ら必要とされないようにする工程。第１の時間セグメント（Δｔ_１）を記録する工程。第２の時間セグメント（Δｔ_２）を記録する工程。部材の寸法を計算する工程。

本発明によれば、第１、第２のセンサ間の一組の一定距離Δｌを固定し、第１の時間セグメントΔｔ₁および第２の時間セグメントΔｔ₂の比であるΔｔ₂/Δｔ₁に基づいて部材の次元的パラメータを測定するようにしたので、移動する部材の長さを動的に測定できるようになる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施例による部品測定システム１０が示されている。このシステムの目的は、良品および不良品の双方を含む多数の部品を迅速かつ効率的にしかも動的に測定することにある。図１に示すように、良品１２およびいくつかの不良品１４を含む多数の部品が、測定のために供給されている。

部品（ここではピン）１２，１４は、通路１６を通って走行している。通路１６は、所望の測定のために、部品１２，１４を運ぶための物理的な拘束手段を形成している。なお、部品１２，１４が一方の地点から他方の地点に自由落下するとともにその自由落下の最中にシステム１０による測定が行われる場合には、通路１６は省略してもよい。

不良品１４は、不注意でまたは望ましくなく良品１２に混入した部品である。このような混入は、部品の製造誤差を含んでいる。理解されるように、部品１２，１４のばらつきは、部品１２，１４の全体寸法から見ると非常に小さい。

不良品１４は、最初識別されるとともに、本発明の教示内容にしたがって、好ましくは後に取り出される必要がある部品である。第１のセンサ１８および第２のセンサ２０を含む複数のセンサは、多数の良品１２およびいくつかの不良品１４を含む部品に関して、安定して配置されている。

一方、各部品は、第１のセンサ１８および第２のセンサ２０に対して移動している。各センサには、検出情報を処理するためのコントローラ（マイクロプロセッサ）２２が接続されている。安定配置されるということは、第１および第２のセンサ１８，２０間の距離２８が少なくとも部品測定処理時または処理期間の間は一定であるということを意味している。

言い換えれば、距離２８は調節可能であるが、部品測定中は、距離２８は固定されており、一定である。距離２８が調節可能であることは、異なる部品寸法の測定において望ましい。というのは、異なる部品寸法に応じて、距離２８を調節または変更できる方が好ましいからである。

もしピン長さが測定対象であれば、より効率的な測定を行うためには、距離２８は、ピン長さと実質的に同一であるように調節される。しかしながら、本実施例による技術の重要な点は、距離２８が本システムの機能にとって重要ではないということである。

このことは、本発明による技術が、本件明細書の背景技術の項で説明したような他の技術と異なる点である。センサの位置は本発明の技術が機能するのに近似したものであればよいということが強調される必要がある。換言すれば、センサ間の距離の正確な絶対的な位置決めは必要ではない。

当然のことながら、適切な位置決めは精度および反復性を向上させることができるが、これは非常に特殊な状況下で要求されるにすぎない。基本的な形態においては、この技術は、互いのセンサ位置とは無関係である。このことは、とくに、多数のピンが高速で移動している場合に当てはまることである。詳細な説明は、以下を参照のこと。

センサから送出されてくるセンサ信号を受信するために、一組のレシーバが設けられていてもよい。センサ１８，２０というたった２つのセンサが、それぞれのレシーバ１８ａ，２０ａとともに示されている。

センサおよびレシーバの組は、それぞれマイクロプロセッサ２２に接続されている。レシーバ１８ａ，２０ａのようなレシーバは、本発明においては設けられていなくてもよい。たとえば、センサが反射型のものであれば、レシーバはなくてもよい。

部品間の距離（つまり隙間）２６は、本発明による技術の機能には無関係であるということが注目される。重要なのは、単一の部品が検出中のセンサを通過するときに、部品が存在していることであって、部品が存在していないことではない。言い換えれば、関与しているすべてのセンサがポイント２４に焦点が合わされている必要はない。

たとえば、点線１８ｂ，２０ｂにより、非焦点システムが示されている。「焦点が合わされた（focused）」ということは、センサが一つの同一のポイントとしてそれぞれ検出ポイントを有しているということを意味していることが注目される。

言い換えれば、「焦点が合わされた（focused）」ということは、センサの検出方向が単一のポイントに集中されているということを意味している。たとえば、図１の例では、センサ１８は、センサ１８から送出された信号をレシーバ１８ａが受信できないような、部品１２によって遮られる検出光線１８ｂを有している。

この場合、異なる信号（または第１の信号）がマイクロプロセッサ２２に送出される。検出光線２０ｂが部品（ここでは２つのピン）間の隙間２６によりレシーバ１８ａで受信されているセンサ２０に関連して図示されるように、センサがレシーバと通信できるとき、第２の信号がマイクロプロセッサ２２に送出される。

そのようなものとして、システム１０は、ピン１２またはピン１４の長さに関する情報を知覚するように配置されており、これにより、本発明の教示内容にしたがってピン長さを処理している。

情報を処理するための一つの方法は、センサが第１のセンサ１８、第２のセンサ２０、または第３、第４のセンサ（図示せず）である場合に、センサに関して経過した時間を記録することである。

あるいは、センサ２０は、情報をマイクロプロセッサ２２に戻すレシーバ２０ａと同様の機能を果たす内蔵レシーバ（図示せず）を有していてもよい。センサ１８は、同様の目的のために、実質的に同一のレシーバを内蔵していてもよい。

さらに、センサ間の配置は、固定されており、部品長さと無関係である。言い換えれば、一方のセンサ上のある点と他方のセンサ上の他の点とを含む任意の２点間の距離は、一定である。センサ１８およびセンサ２０間には、固定された距離２８が存在している。距離２８は一定である。本発明は、部品１２，１４を検出するために、センサの相対移動が何ら要求されないように配置された一組のセンサを意図している。

図２には、図１にしたがって検出された情報を処理するための方法が示されている。より詳細には、与えられた２つの近接スイッチのための一組の測定信号が示されている。Δｌは、図１の距離２８のような、センサスイッチ間の距離として定義される。さらに、Δｌは、少なくとも測定中は固定されているので、既知の値である。したがって、ピンの速度は、以下の式から計算される。
Ｖ_pin＝Δｌ/Δｔ_１

ここで、Δｔ_１は、部品（たとえばピン）の長さが第１のセンサ領域に入るポイントから当該ポイントが第２のセンサによって検出されるまでの時間セグメントである。理解されるように、Δｌは既知の値なので、Ｖ_pinはΔｔ_１の変化に左右される。
この速度を用いて、ピン長さｌ_pinが以下のようにして計算される。
ｌ_pin＝Ｖ_pin×Δｔ_２＝Δｌ（Δｔ_２/Δｔ_１）

ここで、Δｔ_２は、部材の長さが、単一のセンサ、つまり第１のセンサ１８、第２のセンサ２０または他のセンサを通過するのに要求される時間セグメントである。

移動する部品（たとえばピン）の速度は一定ではないということが注目される。言い換えれば、速度は、時間の経過とともに変化する変数または関数である。この場合には、調整が必要になる。この調整は、Δｔ_２/Δｔ_１の比を変えることを含んでいる。高速は本発明によって考慮すべき重要な特徴部分であるということが注目される。

ここで、「高い」速度の使用上の定義は、測定される部品がセンサを通過する速度が、既知の手段による効果的な測定が十分に行われないほど、非常に速いということである。たとえば、「低い」速度の場合、測定のための単一のセンサを使用するだけでよい。センサは、人の裸眼であってもよい。Δｌの値は一定なので、測定されたピン長さは、Δｔ_２/Δｔ_１の比に比例する。

図３には、本発明の他の実施例による部品測定システム１０ａが示されている。図１に示された要素に加えて、第３のセンサ２１が設けられている。この第３のセンサは、ピンに対する変化を検出するためにピンに向けられた検出光線２１ｂを有している。

センサ２１からの光線２１ｂを受信するためのレシーバ２１ａが設けられていてもよい。あるいは、センサ２１が、情報をマイクロプロセッサ２２に送出する際にレシーバ２１ａと同様の機能を発揮する内蔵レシーバ（図示せず）を有していてもよい。

あるいは、第３のセンサ２１が設けられている。センサ２１は、移動する部品１２，１４の上に単一のポイントで集束される集束検出ライン２１ｂを介して部品を検出してもよい。理解されるように、単一のポイントはまた、センサ１８およびセンサ２０により集束されるポイントでもある。あるいは、センサ２１は、集束されない検出ライン２１ｂを有していてもよい。

測定中には、センサ２１は固定された位置を有しており、これにより、センサ１８，２０に対する相対的距離が一対の定数になっている。言いかえれば、距離２８ａ，２８ｂは、それぞれ固定値を有しており、つまり定数である。３次元的状態においては、センサは一直線上に設けられていないということが注目される。すなわち、距離２８ｂの値は、距離２８および距離２８ａの各値の総計ではない。

理解されるように、システム１０ａのように３個以上のセンサからなるシステムにおいては、各センサによって検出される情報間の関係はより複雑である。言い換えれば、各センサは、それぞれΔｔ_１およびΔｔ_２を有している。３個以上のセンサのいずれについても、相関関係の目的のために、たった一つの他のセンサのかわりに、一つ以上のセンサが含まれている。

理解されるように、このことは、比Δｔ_２/Δｔ_１の多重・交互計算を可能にして、長さ検出に対してより強力なアプローチをもたらす。これは、とくに、部品がセンサ分離長さ２８，２８ｂにわたって速度を変化させている場合に当てはまることである。
たとえば、図３Ｂは、３個のセンサを用いた技術から得られる信号を示しており、交互計算のための追加の値Δｔが得られている。

理想的な条件においては、本発明にとって、理論的には２つのセンサで十分であるということが注目される。２つのセンサ間の距離は、好ましくは、測定される部品長さと等しくなるように設定される。しかしながら、本発明における一定距離の特徴により、測定される部品長さは常に同じではない。

含まれるさらなる要因は、いずれのセンサにも固有の測定誤差や、測定される部品移動速度、良品および不良品間の長さまたは寸法の違いなどである。このため、２つ以上のセンサ導入されており、これにより、多くのパラメータを測定でき、本発明における向上した測定精度のための多くの生データを提供できる。

図４は、ピン長さ選別システムの概略構成を示している。選別される部品としてのピンは、通路１６を通過する。部品は、良品１２および不良品１４の双方を含んでいる。通路１６内の部品は、第１のセンサ１８および第２のセンサ２０またはその他のセンサ（図示せず）を含むセンサユニット３０によって検出される。

合格用容器内に合格品１２を、不合格用容器内に不合格品１４をそれぞれ選択して集めるための第１のアクチュエータ３２および第２のアクチュエータ３４のようなアクチュエータが、提供されている。

第１のアクチュエータ３２および第２のアクチュエータ３４は、それぞれマイクロプロセッサ２２からの命令信号を受け取っており、マイクロプロセッサ２２に情報的に接続されている。以下の記述は、本発明の概念におけるいくつかの変数の値を定めるための実例である。

図５は、振動ボールフィーダーから自動的に送られている、Ｖトラック上におけるプロトタイプの設置を示している。マイクロプロセッサは、センサ出力を解釈してΔｔ_２/Δｔ_１の比を計算するようにプログラムされている。また、図中のセンサ間の距離Δｌが示されている。

図６は、運転中のソートプログラムを示している。この場合、本発明の技術に基づいて選別が進行中であるが、適切なセンサの向きおよび設置によって当該方法が非常に正確であるということを初期の結果が示している。

上述したように、センサ配置は、本システムの基本的な機能にとって重要ではない。当然のことながら、センサ配置を調整することにより、さらに良好な結果を得ることが可能であるが、高速においては、反復可能なセンサの方が優れており、適切に部品を提出することによっても精度および反復性を向上させることができるということが分かった。

実例によると、毎秒３５インチまでのピン速度において、±0.0005”の反復性が実証された。追加の試験は、生産環境でのオフラインピン選別のためのシステムにおけるスループット能力および長期の耐久性について考慮する。グラフィック化されたウインドウは、ユーザーの決定を容易にするためのものである。

本発明は、物理的な次元を有する任意の個数の部材が上記方法を用いて測定され得ることを意図している。当然のことながら、少なくとも２つのセンサに関して部材を移動させる手段を提供する必要がある。

本明細書中で記述された本発明の実施例は、本発明の原理を採用した単なる例示にすぎないということが理解されるべきである。図示された実施例の詳細に本明細書中で言及することは、特許請求の範囲を限定する意図ではない。

本発明による部品測定システムを示す概略ブロック図である。 本発明により提供された２つのセンサまたは近接スイッチによる長さ測定方法のための一組の測定信号を示している。 本発明の他の実施例の概略ブロック図である。 ３つのセンサによる測定方法から得られる信号を示している。 ピン長さ選択システムの概略構成図である。 振動ボールフィーダーから自動的に送られている、Ｖトラック上におけるプロトタイプの設置を示している。 運転中のソートプログラムを示している。

符号の説明

１８： 第１のセンサ
２０： 第２のセンサ
２８： 距離

Claims (7)

1. 多数の部材の次元的パラメータの範囲を決定するための方法であって、
   第１のセンサおよび第２のセンサを含む少なくとも２つのセンサを提供する工程と、
   センサ間の相対的距離が固定されるとともにセンサの検出運転中に調整が必要でないように、第１のセンサおよび第２のセンサ間の少なくとも一つの距離を含む、センサ間の一組の一定距離Δｌを固定する工程と、
   第１の時間セグメントΔｔ₁および第２の時間セグメントΔｔ₂の比であるΔｔ₂/Δｔ₁に基づいて次元的パラメータを測定し、それによって、センサ間の相対的距離の調整が何ら要求されないようにする工程と、
   を備えた方法。
2. 請求項１において、
   第１の時間セグメントΔｔ₁は、第１のセンサが多数の部材の中の一つの部材の固定ポイントとして記録を開始するときから始まって、第２のセンサが前記部材の前記固定ポイントとして記録を開始するときに終了する時間である、
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１において、
   第２の時間セグメントΔｔ_２は、部材の長さが、少なくとも２つのセンサの中の単一のセンサを通過するのに要求される時間である、
   ことを特徴とする方法。
4. 多数の部材の次元的パラメータの範囲を決定するための方法であって、
   第１のセンサおよび第２のセンサを含む２つのセンサを提供する工程と、
   センサ間の相対的距離が固定されるとともに調整が必要でないように、第１のセンサおよび第２のセンサ間の一定距離Δｌを固定する工程と、
   ２つのセンサに対して多数の部材を移動させる工程と、
   各部材上のポイントを予め決定する工程と、
   第１の時間セグメントΔｔ₁を記録する工程と、
   第２の時間セグメントΔｔ_２を記録する工程と、
   部材の次元的パラメータを計算する工程と、
   を備えた方法。
5. 請求項４において、
   部材の次元的パラメータが部材長さを有している、
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項４において、
   第１の時間セグメントΔｔ_１は、部材長さが第１のセンサ領域に入るポイントから当該ポイントが第２のセンサによって検出されるまでの時間セグメントである、
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項４において、
   第２の時間セグメントΔｔ_２は、第１または第２のセンサである単一のセンサを部材長さが通過するのに必要な時間セグメントである、
   ことを特徴とする方法。

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