JP2006349453A - 外径測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】精度の高い外径が測定されうる非接触型の外径測定機２の提供。
【解決手段】この外径測定機２では、投光部１２と受光部１４との間に進入した断面が円形の長尺体がレーザー光を遮蔽することにより検出される見かけ外径と進入角度とに基づいて、演算部１８が長尺体の真の外径を算出するように構成されているので、外径測定機２への進入角度によらず、精度の高い長尺体の外径が測定されうる。必ずしも、外径測定機２と長尺体との位置が固定される必要がないので、この外径測定機２は手持ち式としても使用されうる。この外径測定機２では、投光部１２と受光部１４との間に長尺体が挟み込まれることで、外径が測定されるので、接触式で外径が測定されるマイクロメータに比べて、外径測定時間は短縮される。
【選択図】図１

Description

本発明は、断面が円形の長尺体のための外径測定機に関する。

スクリューのシャフト、センタレス素材等に用いられるみがき棒鋼では、外径に高い寸法精度が要求される。このため、一般的にみがき棒鋼の外径は、マイクロメータを手にした作業者がこの外径を測定することにより、常時監視される。

製品の市場競争力が高められるために、生産速度の上昇が検討されている。マイクロメータは被測体に直接接触して寸法が測定される測定機なので、生産速度が上がると、このマイクロメータによる外径測定が困難となる。

被測体がレーザー光を遮蔽することを利用して寸法が測定される非接触型の寸法測定機が、製品の生産ラインに適用される場合がある。この寸法測定機が取り付けられた生産ラインでは、無人でしかも連続的に製品寸法が監視されうる。

このような生産ラインでは、被測体の外径及び生産速度が変わると、寸法測定機を通過する被測体が撓んだり、振れたりする場合がある。このような場合、被測体の外径が正確に測定されなくなるので、寸法測定機を通過する被測体の位置が、ガイドローラー等の保持装置が用いられることにより、固定される。生産ラインに取り付けられた非接触型の寸法測定機で被測体の外径が正確に測定されるには、特に、保持装置と寸法測定機との位置合わせ又は、被測体と寸法測定機との位置合わせが、重要となる。

矯正丸棒又は矯正パイプの外径及び振れ量の測定方法が、特開平３−１２８４１０号公報に開示されている。測定精度と測定能率とが向上されるために、矯正丸棒又は矯正パイプの外径及び振れ量の測定が非接触で自動的に行われている。
特開平３−１２８４１０号公報

非接触型の寸法測定機では、被測体に向かって発せられるレーザー光が一方向に走査されることで、被測体の寸法が測定される。前述したように、非接触型の寸法測定機で被測体の外径が正確に測定されるには、保持装置と寸法測定機との位置合わせ又は、被測体と寸法測定機との位置合わせが、重要である。

被測体としての長尺体が、その進入方向が水平方向に対して斜めとされて、レーザー光の照射域に進入した場合では、長尺体の外径は真の外径よりも大きな値として測定されてしまう。従って、その断面が円形とされた長尺体の外径が非接触型の寸法測定機で正確に測定されるには、進入方向がレーザー光の照射方向に対して垂直になるように、長尺体又は寸法測定機が配置されなければならない。

上記公報に記載された測定方法においては、高精度な寸法測定値が得られるために、非接触型の寸法測定機の位置が固定されるとともに、長尺体の位置が固定されうるように支持ロールが設置される。この測定方法が生産ラインに適用されるには、寸法測定機以外に、長尺体の位置が固定されうる支持ロールのような保持装置が併設される必要がある。

長尺体の連続生産時において、寸法測定機を通過する長尺体の撓み及び振れの防止は、容易ではない。このため、保持装置、寸法測定機及び被測体の位置合わせが十分になされた場合においても、寸法測定中にこれらの位置がずれる場合がある。位置がずれると外径が正確に計測できなくなるので、再度、保持装置、寸法測定機及び被測体の位置合わせが実施される。位置ずれが発生するたびに、この位置あわせは実施される。この位置合わせには、時間がかかる。したがって、生産速度が向上されるために非接触型の寸法測定機が導入されたにもかかわらず、生産性が低下する場合がある。

本発明の目的は、精度の高い外径が測定されうる非接触型の外径測定機の提供にある。

本発明に係る外径測定機は、受光部と、この受光部に向けて光線を発する投光部と、演算部とを備えている。この受光部と投光部との間に進入した断面が円形の長尺体が光線を遮蔽することにより検出される見かけ外径と進入角度とに基づいて、演算部が長尺体の真の外径を算出するように構成されている。

好ましくは、この外径測定機は、上記投光部、受光部及び演算部を用いて進入角度を算出する機能を備えている。

好ましくは、この外径測定機では、上記演算部において、見かけ外径がＤＡとされ、進入角度がθとされたとき、真の外径Ｄが下記数式（Ｉ）に基づいて算出されうる。

好ましくは、この外径測定機では、上記演算部で算出された真の外径が表示されうる表示部を備えている。

好ましくは、この外径測定機は、測定者が携帯しつつ、長尺体の真の外径を測定することができるように構成されている。

好ましくは、この外径測定機では、上記投光部は、レーザー光を照射する少なくとも３以上の投光器を備えている。上記受光部は、各投光器から照射される各々のレーザー光を受光する少なくとも３以上の受光器を備えている。これら投光器と受光器とは、長尺体の進入方向に三列以上並ぶ構成とされている。

この外径測定機では、受光部と投光部との間に進入した断面が円形の長尺体が光線を遮蔽することにより検出される見かけ外径と進入角度とに基づいて、演算部が長尺体の真の外径を算出するように構成されているので、外径測定機への進入角度によらず、精度の高い長尺体の外径が測定されうる。この外径測定機によれば、固定手段が用いられることなく、従来のマイクロメーターと同様に、精度の高い外径が測定されうる。この外径測定機は、手持ち式の非接触型の寸法測定機として使用されうる。この外径測定機が用いられることにより、従来のマイクロメーターでは適用できなかった生産速度においても、長尺体の外径が正確に測定されうる。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態に係る外径測定機２の一部が示された斜視図である。図２は、図１の外径測定機２の構成が示された概念図である。この外径測定機２は、計測ユニット４と制御ユニット６とから構成される。この図１では、この外径測定機２を用いて、みがき棒鋼８の外径が測定されている状態が示されている。この外径測定機２では、計測ユニット４と制御ユニット６とが、電気信号ケーブル１０で接続されている。この計測ユニット４は、投光部１２、受光部１４及び表示部１６を備えている。制御ユニット６は、演算部１８、出力部２０及び電源部２２を備えている。図１中、矢印線Ａはみがき棒鋼８の外径測定機２への進入方向を示している。みがき棒鋼８は、その断面が円形とされた長尺体である。

投光部１２は、高さ方向に延びる一つの投光器２４を備えている。この投光器２４は、受光部１４に向かってレーザー光を照射する。

受光部１４は、ＣＣＤカメラを備えている。このＣＣＤカメラは、この投光部１２と受光部１４との間に配置される被測体としてのみがき棒鋼８の形状を受像し、この受像されたみがき棒鋼８の形状について画像処理を行う。この画像処理で得られるみがき棒鋼８の形状に関するデータが、電気信号として演算部１８に伝えられる。

演算部１８は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）で構成される。この演算部１８は、受光部１４から伝えられる電気信号を加工し、演算処理することにより、みがき棒鋼８の外径を算出する。この算出されたみがき棒鋼８の外径が、電気信号として出力部２０に伝えられる。この外径測定機２で計測された外径測定結果は、この出力部２０を介して、表示部１６で数値として表示される。

この計測ユニット４は、さらに把持部２６を備えている。この把持部２６は、計測者が手でつかむことができる握りを備えている。握りが備えられているので、この外径測定機２は手持ち式として使用されうる。

この外径測定機２では、演算部１８、出力部２０、及び電源部２２から構成される制御ユニット６が表示部１６を備えてもよい。この制御ユニット６が、外径測定結果の表示、設定値等の入力、測定結果の記憶等で示される外径測定機２としての既知の機能を備えてもよい。

この外径測定機２の制御ユニット６は、操作盤等に固定されることにより、既設の製造装置の操作盤に併設されてもよい。また、図示されていないが、出力部２０からパーソナルコンピューターへ電気信号が送られることにより、このパーソナルコンピューターで高度なデータ収集、解析及び記録が実施されてもよい。

この外径測定機２は、計測ユニット４に制御ユニット６が組み込まれた構成とされてもよい。この場合、電源部２２は電池を備える。このような外径測定機２は、設置場所に制約がない。

この外径測定機２では、この受光部１４と投光部１２との間に配置されるみがき棒鋼８がレーザー光を遮蔽することにより、受光部１４で検出される見かけ外径と進入角度とに基づいて、この演算部１８がみがき棒鋼８の真の外径を算出する。

図３は、図１の外径測定機２でみがき棒鋼８の外径が計測されているときの受光部１４の検出状況が示された模式図である。前述したように、この外径測定機２は、投光部１２が一つの投光器２４を備え、受光部１４がＣＣＤカメラを備えている。

この図３には、ＣＣＤカメラの視野領域２８が記されている。ＣＣＤカメラは、受光部１４と投光部１２との間に進入したみがき棒鋼８を影像３０として認識する。点Ｒ１は、この影像３０の右上端を表している。点Ｌ１は、この影像３０の左上端を表している。このみがき棒鋼８は水平方向に対して斜めに進入している。なお、二点鎖線ＬＡは、この右上端Ｒ１を通る水平線を表している。

この図３において、みがき棒鋼８の進入角度はθである。両矢印線Ｈは、水平線ＬＡが基準とされた左上端Ｌ１までのピクセル高さを表している。両矢印線Ｗは、このＣＣＤカメラの視野幅である。

両矢印線Ｄは、このみがき棒鋼８の真の外径Ｄを表している。ＣＣＤカメラは、両矢印線ＤＡで示される長さをこのみがき棒鋼８の外径として認識する。みがき棒鋼８は水平方向に対して斜めに進入しているので、外径測定機２が認識する外径ＤＡは、真の外径Ｄと異なる。この明細書では、この外径ＤＡと真の外径Ｄとが区別されるために、この外径ＤＡは見かけの外径と称される。

真の外径Ｄは、進入角度θ及び見かけの外径ＤＡが用いられることにより、上記数式（Ｉ）に基づいて算出される。

進入角度θは、視野幅Ｗ及びピクセル高さＨが用いられて、下記数式（II）で表される。

したがって、真の外径Ｄは、上記数式（Ｉ）と数式（II）とから導かれる下記数式（III）に基づいて算出される。

この外形測定機においては、受光部１４で検出される見かけの外径ＤＡ、ピクセル高さＨ及び視野幅Ｗが用いられて、演算部１８が上記数式（III）に基づいて真の外径を算出する。このような演算処理が備えられた外径測定機２は、進入角度によらず、精度の高いみがき棒鋼８の外径を測定しうる。この外径測定機２は、外径測定機２と被測体であるみがき棒鋼８との位置が固定される必要はない。この外径測定機２は、手持ち式の非接触型外径測定機２としても適用されうる。従って、この外径測定機２は、マイクロメータに代えて、みがき棒鋼８の外径測定に使用できる。接触式で外径が測定されるマイクロメータに比べて、外径測定時間が短くなるので、この外径測定機２が手にされた作業者は、みがき棒鋼８の生産速度が上げられても、外径を正確に測定できる。この外径測定機２は、測定者が携帯しつつ、みがき棒鋼８の真の外径を測定することができるように構成されている。

図４は、他の実施形態に係る外径測定機３２でみがき棒鋼８の外径が計測されているときの受光部３４の検出状況が示された模式図である。図示されていないが、この外径測定機３２では、投光部が高さ方向に延びるレーザー光を照射する三台の投光器を備えている。受光部３４は、各投光器から照射される各々のレーザー光を受光する三台の受光器３６を備えている。この受光器３６には、レーザー光が電気信号に変換される受光素子が高さ方向に一列に配列している。これら投光器と受光器３６とは、長尺体の進入方向に三列に並ぶ構成とされている。なお、この外径測定機３２は、投光部及び受光部３４の構成以外は、図１で示された外径測定機２と同様の構成とされている。なお、この投光部が四台以上の投光器を備えてもよい。この受光部３４が四台以上の受光器３６を備えてもよい。この投光部が三列のレーザー光が照射される一台の投光器を備えてもよい。この受光部３４が、三列のレーザー光が受光される一台の受光器３６を備えてもよい。

この外径測定機３２では、投光部と受光部３４との間に配置されるみがき棒鋼８が、投光器から発せられるレーザー光の一部を遮蔽する。受光器３６は、みがき棒鋼８の外径を、レーザー光の受光の有無によって検出する。そして、検出されたみがき棒鋼８の外径が、電気信号として演算部に伝送される。この電気信号に基づいて、演算部がみがき棒鋼８の真の外径を算出する。

図４において、実線ＬＭは、受光素子から構成される受光器３６がレーザー光を受光している状態を示している。二点鎖線ＬＢで挟まれる領域は、みがき棒鋼８で遮蔽されてレーザー光が受光されなかった領域を表している。図から明らかなように、このみがき棒鋼８は、このレーザー照射域に、水平方向に対して斜めに進入している。この図４において、二点鎖線ＬＣは水平線である。この水平線ＬＣに対して二点鎖線ＬＢのなす角度θが、このみがき棒鋼８の進入角度を表している。なお、この図において、紙面に対して垂直方向がレーザー光の照射方向に一致する。

この三列に並べられた受光器３６のうち、両端に位置する受光器３６ａが、この照射域におけるみがき棒鋼８の右上端Ｒ２及び左上端Ｌ２を検出する。みがき棒鋼８は水平方向に対して斜めに進入しているので、この右上端Ｒ２と左上端Ｌ２との高さ方向の位置は異なる。この右上端Ｒ２と左上端Ｌ２との高さ方向の距離が、ずれ高さとして、両矢印線Ｈで表されている。このずれ高さＨは、図３で示されたピクセル高さと同義である。なお、この両端に位置する受光器３６ａの間の距離が、この照射域における水平方向の幅Ｗである。両矢印線Ｄは、このみがき棒鋼８の真の外径Ｄを表している。中央の受光器３６ｂは、両矢印線ＤＡで示される長さをこのみがき棒鋼８の外径として認識する。この外径測定機３２においても、真の外径Ｄは、見かけの外径ＤＡと、幅Ｗと、ずれ高さＨとが用いられて、上記数式（III）で表される。

この外形測定機においても、演算部が上記数式（III）に基づいて真の外径を算出する。したがって、この外径測定機３２も、進入角度によらず、精度の高い長尺体の外径を測定しうる。

本発明に係る外径測定機は、様々な製品の寸法測定に使用されうる。

図１は、本発明の一実施形態に係る外径測定機２の一部が示された斜視図である。 図２は、図１の外径測定機の構成が示された概念図である。 図３は、図１の外径測定機でみがき棒鋼の外径が計測されているときの受光部の検出状況が示された模式図である。 図４は、他の実施形態に係る外径測定機でみがき棒鋼の外径が計測されているときの受光部の検出状況が示された模式図である。

符号の説明

２、３２・・・外径測定機
４・・・計測ユニット
６・・・制御ユニット
８・・・みがき棒鋼
１０・・・電気信号ケーブル
１２・・・投光部
１４、３４・・・受光部
１６・・・表示部
１８・・・演算部
２０・・・出力部
２２・・・電源部
２４・・・投光器
２６・・・把持部
２８・・・視野領域
３０・・・影像
３６、３６ａ、３６ｂ・・・受光器

Claims (6)

1. 受光部と、この受光部に向けて光線を発する投光部と、演算部とを備えており、 この受光部と投光部との間に進入した断面が円形の長尺体が光線を遮蔽することにより検出される見かけ外径と進入角度とに基づいて、演算部が長尺体の真の外径を算出するように構成された外径測定機。
2. 上記投光部、受光部及び演算部を用いて進入角度を算出する機能を備えている請求項１に記載の外径測定機。
3. 上記演算部において、見かけ外径がＤＡとされ、進入角度がθとされたとき、真の外径Ｄが下記数式（Ｉ）に基づいて算出されうる請求項１又は２に記載の外径測定機。
   

   
4. 上記演算部で算出された真の外径が表示されうる表示部を備えている請求項１から３のいずれかに記載の外径測定機。
5. 測定者が携帯しつつ、長尺体の真の外径を測定することができるように構成された請求項１から４のいずれかに記載の外径測定機。
6. 上記投光部が、レーザー光を照射する少なくとも３以上の投光器を備えており、
   上記受光部が、各投光器から照射される各々のレーザー光を受光する少なくとも３以上の受光器を備えており、
   これら投光器と受光器とが、長尺体の進入方向に三列以上並ぶ構成とされている請求項１から５のいずれかに記載の外径測定機。
   

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