JP2005315891A - 光学式測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに対向する２つの測定面２，３を備えたケーシングを有する測定装置において、品質を保証しかつ問題のない機能が得られるようにし、連続的な動作を維持するために必要とされる測定過程をほとんど手間をかけずに実行できるように構成する。
【解決手段】各測定面２，３に対応して、ケーシング内部空間に配置された送光器３１と受光器３２が設けられており、各測定面２，３は少なくとも１つの波長の光に対し透光性である開口部２３，２４を有している。この場合、２つの測定面２のうち少なくとも一方が力測定器として構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は測定装置に関する。この場合、互いに対向する２つの測定面を備えたケーシングが設けられており、各測定面に対応して、ケーシング内部空間に配置された送光器と受光器が設けられており、各測定面は少なくとも１つの波長の光に対し透光性である開口部を有している。

この種の測定装置は工業分野における製造工具の検査に適しており、この場合、使用中に工具先端が変化したときに工具状態を表面特性に関して読み出すことができる。

対向する２つの部材の間に配置された工作物に対して作用するような工具のためには、対向する２つの測定面を備えた測定装置が殊に適している。このような工具として、たとえば刻印工具または打ち抜きなどを挙げることができる。

表面特性のほか、この種の工具において両方の工具部材が押し合う力が、処理プロセスにおいて重要な値となる可能性がある。この押圧力は時間の経過とともに変わっている可能性がある。したがって光学式測定装置に加えて力測定器による測定も行われる。この目的で、ホイートストンブリッジの歪みの原理を利用する力測定器が知られており、これは溶接用電極ホルダの閉鎖力を捕捉するために用いられる。

したがって品質を保証しかつ問題のない機能が得られるようにするためには、規則的な間隔でコントロールを行うことが重要である。連続的な動作を維持するために有利であるのは、必要とされる測定過程をほとんど手間をかけずに実行できることである。

本発明によればこの課題は、２つの測定面のうち少なくとも一方が力測定器として構成されていることにより解決される。

本発明による測定装置は、互いに対向する２つの測定面を備えたケーシングを有しており、各測定面に対応して、ケーシング内部空間に配置された送光器と受光器が設けられており、各測定面は少なくとも１つの波長の光に対し透光性である開口部を有している。その際、２つの測定面のうち少なくとも一方が力測定器として構成されている。これにより１つの工具における２つの共働する部材を同時に光学的に検査することもできるし、工具の押圧力の検査も行うことができる。さらに較正を行うことができる。

力測定器として構成された測定平面が力の作用を受けたときに変形可能なダイアフラムを有するよう、測定装置を構成できると有利である。それというのも、このようなダイアフラムは良好にコントロール可能な力と伸びの関係をもっているからである。

さらにこの測定装置を、電気的な装置の少なくとも１つのハーフブリッジまたはフルブリッジが測定面に設けられ、この電気的な装置の抵抗値が力の作用によるダイアフラムの変形に伴い変化するよう構成できると有利である。

また、この測定装置を、力測定器として構成された測定面が力の作用を受けて電気的な特性を変化させる力センサ有利には圧電型力センサを有するように構成できると有利である。

さらに有利であるのは、各測定面に当接面を備えた力導入部材が設けられるよう構成することである。これによって、工具に取り付けられている工具の２つの部分に測定装置を適用できるようになる。

また、交換可能な支持体部材の上に配置された当接面をこの測定装置に設けると有利である。これにより摩耗に起因して行わねばならない測定装置の保守が簡単になる。

測定装置の１つの有利な実施形態によれば、少なくとも１つの波長の光に対し透光性の開口部が当接面によって取り囲まれている。これにより光学素子を円錐形に配置できるようになる。

さらに有利であるのは測定装置を次のように構成することである。すなわちケーシングが少なくとも２つの部分から成り、測定面は一方の側では内部空間を形成するケーシング部材の底部に配置されており、他方の側ではこの内部空間を閉鎖するカバーの上に配置されており、ケーシング内部空間に配置された電気回路に対する電気的接続部が設けられているように構成することである。これによって測定データを外部から読み出すことができるようになる。

さらに有利なことにこの測定装置の特徴によれば、ケーシング部材の底部に設けられた測定面は力測定器として構成されている。これにより得られる利点とは、様々な測定方式が著しくコンパクトに配置されることである。
有利には電気回路が測定装置の送光器および受光器と共働し、これによってほぼ同時に測定を行えるようになる。

きわめて有利であるのは、一方の測定面のための送光器および受光器が他方の測定面のための送光器および受光器とともに１つの共通の差込部材に配置されることである。これによって保守のしやすい測定器構成が実現される。

有利であるのは、一方の測定面のための送光器と受光器を他方の測定面のための送光器と受光器に対し十字形に対向して差込部材に配置することである。なぜならば、このようにすることで両方の工具部分を集中的に測定できるからである。

本発明による測定装置の１つの有利な実施形態のもつ特徴によれば、送光器の光軸と受光器の光軸は、互いに斜めに傾斜しており開口部に向けて配向されている。この構成によれば、制約されたスペースに光学素子を配置するのが簡単になる。

また、力測定器として構成された測定面に対し差込部材がケーシングにおいて弾性に支承されるように構成すると有利である。この構成により得られる利点とは、工具部材により及ぼされる力から測定装置が保護されることである。

測定装置の有利な構成によれば、光学測定のための学習モードと力測定のための学習モードをもつ制御装置が設けられている。この構成により、測定装置を適用分野の固有の要求に簡単に整合させることができる。さらにたとえば、工具圧力に対する上限および下限の設定などによって許容値を保つことができる。さらにこのようにすれば、測定装置の較正を簡単に定期的に繰り返すことができる。

有利には、測定装置の学習モードのために選択手段が設けられている。このようにすれば較正を互いに別個に行うことができる。
測定装置の動作状態に関する情報が与えられるようにする目的で有利であるのは、動作状態を表示するためのシグナリング装置を測定装置に設けることである。

この場合に有利であるのは、測定装置が個々の動作状態をシグナリングすることである。これによって操作者がいっそう簡単に利用できるようになる。

測定装置においてダイアフラムに２つまたは３つのフルブリッジを設けるのが有利であり、これにより力導入方向に関して多軸の分解能を実現することができる。このようにすれば軸線方向の力のみならず、横断方向の力も捕捉できるようになる。

図１には本発明による測定装置が示されている。この測定装置は対向する２つの測定面２，３を備えたケーシング１を有しており、これら測定面２，３はここではシリンダの一部分として構成されている。当然ながら、他のシリンダ形状を採用してもよい。

測定面２は力の作用が加わると変形可能なダイアフラム４を有しており、したがってこれは力測定器として構成されている。さらに測定面２に力導入部材５が設けられており、測定すべき工具先端６がこの部材に係合している。この目的で力導入部材５は交換可能な支持体部材７とともに構成されており、これによって摩耗が発生しても測定装置全体を交換する必要がなくなる。この場合、ここではねじの形式の取り付け手段８によって取り付けが行われる。ケーシング１にはさらに端子９が設けられており、これによってケーシング内部空間に配置された電気回路が接続される。

図２には、図１に示した測定装置の測定面３を上から見た様子が描かれている。ここに示されているように、測定面３はカバー１１の上に配置されており、これはケーシング部材１２に取り付け可能であり、たとえば取り付け手段１３ここではねじによって取り付けることができる。測定面３には工具先端１４も係合しており、このために力導入部材１５が設けられていて、これはこの実施例では交換可能な支持体部材１６を有している。工具先端６，１４はたとえば、それらが工作物に閉鎖力を及ぼすよう共働する。

カバー１１にはさらに表示手段１７が設けられており、これによって測定装置の様々な動作状態が表示される。この表示手段１７は支持体部材１６に対し間隔をおいて配置されている。なお、測定面３も力の作用を受けて変形可能なダイアフラムによって構成できるけれども、たいていの適用事例では２つの測定面のうち一方だけを力測定器として構成すれば十分である。測定面３を担持するカバー１１が工具先端１４の力の作用をうけていくらか変形したとしても、力測定器として構成された測定面２の変形だけで、作用する力を判定するのに十分精確な信号を得ることができる。

図３には、図１の測定装置を線Ａ−Ａに沿って見た断面図が描かれている。ここにはケーシング部材１２とカバー１１とを備えた２つの部分から成るケーシング１が示されており、これによってケーシング内部空間２０が閉鎖されている。測定面２、３には工具先端６，１４が当接し、この目的でケーシング部材７，１６には円錐形の当接面２１，２２が設けられている。当接面２１，２２の幾何学的形状は工具先端６，１４の先端に対応しているが、ただし当接面２１，２２は開口部２３，２４を有しており、これは少なくとも１つの波長の光に対し透光性である。

ケーシング内部空間２０には電子回路２５が配置されており、これは端子９を介して外部から取り扱うことができる。さらにケーシング内部空間２０には送光器３１と受光器３２が配置されており、これらは差込部材３３内に保持されていて、開口部２４に向けて配向されている。送光器３１と受光器３２のビーム路中にカバーディスク３４が設けられており、これはカバー１１に対向して封止部材３５によって封止されている。カバーディスク３４は受光器により評価される光に対し透光性である。

差込部材３３には、図３に示した位置に対し９０゜ずらされてさらに別の送光器／受光器ペアが配置されており、これらは開口部２３に向けて配向されている。そこにもカバーディスク３６と封止部材３７が設けられており、これによってケーシング内部空間２０が開口部２３に対し閉鎖される。
送光器３１と受光器３２はそれらの個々の中心軸に関して互いに所定の角度を成して配置されており、すでに説明したとおり、工具先端６，１４の端面が照射され反射された放射が受光器３２において捕捉されるように配向されている。

当然ながら、被検査対象物がまだ当接していないときにすでに光学測定を実施することも可能である。この場合、開口部２４により制限された面積よりも広い面積を測定することが可能である。

測定面２のダイアフラム４のところでケーシング内部空間に電気的な装置におけるフルブリッジの素子４１，４２が設けられており、それらの抵抗値は力の作用を受けてダイアフラム４が変形することに伴い変化する。このようなフルブリッジは力の測定に関して従来技術である。このフルブリッジは電子回路２５と電気的に接続されている。

当然ながら、力の作用を受けてその電気特性が変化する力センサを設けることも考えられ、たとえば圧電型力センサを設けることも考えられる。

カバー１１はねじ１３によってケーシング部材１２と接続されており、封止部材３４によって封止されている。

図４には、力測定器として構成された測定面２を内側から見た様子が描かれている。ここに示されているように、フルブリッジの電気的な素子４１，４２はダイアフラム４の領域に配置されている。電気的な素子４１，４２はストレンゲージから成り、これらの抵抗値は力の作用による変形とともに変化する。このような測定ブリッジは従来技術である。

測定装置を上方から見た立体図 測定装置の他方の側を上から見た立体図 装置の中心点を通る図１の線Ａ−Ａに沿って見た断面図 送光器および受光器とともに測定装置を開けられた状態で示す平面図

符号の説明

１ ケーシング
２ 測定面
3 測定面
４ ダイアフラム
５ 力導入部材
６ 工具先端
７ 支持体部材
８ 取り付け手段
９ 端子
１１ カバー
１２ ケーシング
１３ 取り付け手段
１４ 工具先端
１５ 力導入部材
１６ 支持体部材
１７ 表示手段
２０ ケーシング内部空間
２１ 当接面
２３ 開口部
２４ 開口部
３１ 送光器
３２ 受光器
３３ 差込部材
３４ カバーディスク
３５ 封止部材
３６ カバーディスク

Claims (19)

1. 互いに対向する２つの測定面（２，３）を備えたケーシング（１）が設けられており、 各測定面（２，３）に対応して、ケーシング内部空間に配置された送光器（３）と受光器（３２）が設けられており、
   各測定面（２，３）は少なくとも１つの波長の光に対し透光性である開口部（２３，２４）を有している、
   測定装置において、
   前記２つの測定面（２）のうち少なくとも一方が力測定器として構成されていることを特徴とする測定装置。
2. 請求項１記載の測定装置において、
   力測定器として構成された測定面（２）は、力の作用を受けて変形可能なダイアフラム（４）を有することを特徴とする測定装置。
3. 請求項２記載の測定装置において、
   前記測定面（２）に、電気的な装置（４１，４２）の少なくとも１つのハーフブリッジまたはフルブリッジが設けられており、該電気的な装置（４１，４２）の抵抗値は、力の作用を受けてダイアフラム（4）が変形することに伴い変化することを特徴とする測定装置。
4. 請求項１記載の測定装置において、
   力測定器として構成された測定面（２）は、力の作用を受けて電気的な特性を変化させる力センサたとえば圧電型力センサを有することを特徴とする測定装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の測定装置において、
   各測定面（２，３）に、当接面（２１，２２）を備えた力導入部材（５，１５）が設けられていることを特徴とする測定装置。
6. 請求項５記載の測定装置において、
   前記当接面（２１，２２）は交換可能な支持体部材（７）の上に配置されていることを特徴とする測定装置。
7. 請求項５または６記載の測定装置において、
   前記当接面（２１，２２）は、少なくとも１つの波長の光に対し透光性の開口部（２３，２４）を取り囲んでいることを特徴とする測定装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の測定装置において、
   前記ケーシング（１）は少なくとも２つの部分から成り、
   前記測定面（２，３）は一方の側では内部空間を形成するケーシング部材（１２）の底部に配置されており、他方の側では該内部空間を閉鎖するカバー（１１）の上に配置されており、
   前記ケーシング内部空間（２０）に配置された電気回路（２５）に対する電気的接続部が設けられていることを特徴とする測定装置。
9. 請求項８記載の測定装置において、
   ケーシング部材（１２）の底部に設けられた測定面（２）は力測定器として構成されていることを特徴とする測定装置。
10. 請求項８または９記載の測定装置において、
    前記電気回路（２５）は送光器（３１）および受光器（３２）と共働することを特徴とする測定装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項記載の測定装置において、
    一方の測定面（３）のための送光器（３１）および受光器（３２）は他方の測定面（２）のための送光器および受光器とともに、１つの共通の差込部材（３３）に配置されていることを特徴とする測定装置。
12. 請求項１１記載の測定装置において、
    一方の測定面（３）のための送光器（３１）と受光器（３２）は、他方の測定面のための送光器と受光器と十字形に対向して前記差込部材（３３）に配置されていることを特徴とする測定装置。
13. 請求項１１または１２記載の測定装置において、
    前記送光器（３１）の光軸と前記受光器（３２）の光軸は、互いに斜めに傾斜しており開口部（２３，２４）に向けて配向されていることを特徴とする測定装置。
14. 請求項１１から１３のいずれか１項記載の測定装置において、
    前記差込部材（３３）はケーシング（１）内で、力測定器として構成された測定面（２）に対して弾性に支承されていることを特徴とする測定装置。
15. 請求項１から１４のいずれか１項記載の測定装置において、
    光学測定のための学習モードと力測定のための学習モードをもつ制御装置が設けられていることを特徴とする測定装置。
16. 請求項１５記載の測定装置において、
    前記学習モードを選択する手段が設けられていることを特徴とする測定装置。
17. 請求項１５または１６記載の測定装置において、
    動作状態を表示するためにシグナリング装置（１７）が設けられていることを特徴とする測定装置。
18. 請求項１５から１７のいずれか１項記載の測定装置において、
    個々の動作状態がシグナリングされることを特徴とする測定装置。
19. 請求項２または３または請求項４から１８のいずれか１項記載の測定装置において、
    前記ダイアフラム（４）に２つまたは３つのフルブリッジが設けられていて、力導入方向の多軸の分解能が得られることを特徴とする測定装置。

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