JP2007071705A

JP2007071705A - 細径長尺丸棒の曲り量計測装置

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Publication number: JP2007071705A
Application number: JP2005259275A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kimura; 和男木村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】
細径の長尺丸棒の曲り量を精度良く効率的に計測すること
【解決手段】
水平状態の丸棒１を、丸棒の長手方向２箇所の下側及び上側にて、丸棒と直行する２組のレール２及び３に接触させ、上側のレール３をその長手方向に移動させることにより丸棒を転動させて、その丸棒の長手方向のレール接触部とは異なる部分のレール方向の位置を非接触計測器６にて時々刻々計測し、時刻に対するその計測値の最少二乗近似式の係数を演算し、この近似式と計測値の差に関する標準偏差を演算することにより曲り量を得る。また前項計測において、転動させる上側レールの移動量と長尺丸棒の移動量を比較することにより、長尺丸棒が転動している際の滑りの発生有無を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に直径が数ｍｍ以下の細い長尺物の丸棒に好適する曲り量を検査する方法及び装置に関する。

従来長尺物の丸棒の曲り度の評価方法又は装置としては以下の例があった。

人が定盤（平らな板）の上で手により丸棒を転動させ、その転がる様子を目視し、判断する方法。これを従来技術１と称す。

丸棒を2箇所で支持し自転させ丸棒の長手方向の、支持部以外の任意の位置における丸棒の振れ量を計測する方法において、支持方法として Vブロックで支持して丸棒を人手により廻す方法（例えば特許文献１を参照。これを従来技術２aと称す。）と、駆動可能なローラー2個で支持し、そのローラーをモータ等により回転させ、丸棒を廻す方法。（例えば特許文献を２参照。これを従来技術２bと称す。）

丸棒を転動させて丸棒の転動面と直角方向の振れを接触式計測装置で計測する方法。（例えば、特許文献３を参照。これを従来技術３と称す。）
特開平１０−１９７２３９号公報特開平９−１８９５０３号公報特開２００４−２２６２１０号公報

しかしながら丸棒の直径が数ｍｍ以下の場合、従来技術では以下の問題があった。
従来技術１による方法では曲り量を定量的に把握することが困難であり、かつ丸棒の直径が０．１ｍｍ未満の場合には人間の目視可能な直径の限界に近いため、熟練度の高い専門技術者が必要であった。また計測者の違いによる評価結果のばらつきが無視できないという問題があった。さらにこの方法は非常に神経を使う作業であるため数時間（２〜３時間）毎に休憩を取る必要があり、生産性が制限されていた。

従来技術2aの方法では人手により丸棒を廻す際、丸棒が細長い場合には丸棒を変形させてしまうので不適当であった。

従来技術２bの方法ではローラーの直径は丸棒の直径より小さいことが必要あるが、丸棒が数ｍｍ以下の場合には、このような小さい駆動可能なローラーは一般に入手が極めて困難であるため不適当であった。

従来技術3の方法では接触式計測装置が丸棒に接触する際、計測装置の押し付け力により丸棒を変形または損傷させてしまうので不適当であった。

そこで水平状態にある長尺丸棒（以降「ワーク」と称す。）を、これと直行する2本の平行なレール（以降「下側レール」と称す。）上に載せ、そのワークの上に下側レールと平行かつ、ワークの長手方向同位置に丸棒の上側に接触するように平行レール（以降「上側レール」と称す。）を配置し、そのレールを長手方向に定速度で移動させることにより、ワークを転動させる。

ワークの長手方向の曲がりを評価したい位置に、下側レールに固定された、ワークと直交するシート光による光学式位置計測器（以下シート光式計測器という。）を配置し、ワークが転動する際のその位置を時々刻々計測する。

この時刻及びワーク位置の計測値を通信手段を介してパソコン、シーケンスコントローラ等の演算装置に取り込み、以下の様にワークの曲り量を演算させる。
まず時刻をX(i)、その時刻におけるワークの位置の計測値をY(i)として、X(i),Y(i)の最少2乗近似式
Y１ = A × X ＋Ｂ
の係数A及びＢを演算して求める。ここで、採取したデータの数をNとするとiは１からNの間の整数である。
次にワーク位置の計測値に対するこの近似式の値との差δ(i)
δ(i) = Y(i) ― （A × X(i) ＋ B ）
の標準偏差σを演算する。
σ = ( 1/N × (δ(1)² + δ(2) ² + δ(3) ² + ．．． + δ(N) ² ) )^0.5
これがワークの曲り量に比例する量である。

さらにワークを転動させている際にワークが転がらず滑った場合、以下の方法により滑りの有無を検出する。前述の上側レールを移動させる送り装置の駆動用モータの回転量に関する指示値を、モータ制御装置から通信手段を介して演算装置に取り込む。その回転指示値を上側レールの移動量に換算した量をY2とする。時刻を横軸、レール長手方向のワークの位置を縦軸として前述の最少近似式Y1及びY3＝Y2/2をグラフに表すと、滑りが無い場合にはY3はY1と平行なるが、滑りが発生した場合にはY3はY1と平行でなくなるので、滑りを検出することができる。

以上のように請求項１に記載した発明によれば、熟練の専門検査技術者を要せず、かつ定量的・高速に細径長尺丸棒の曲り量を計測し、検査することができる。

特にワークの外径が数ｍｍ以下の場合、ワークを転がす際に上側のレールがワークを押し付け力によるワークの損傷または変形を防ぐため、その押し付け力は必要最小限とすることが肝要であるが、押し付け力が弱すぎるとワークは転がらず滑ってしまう。請求項２の発明によればワークの滑り有無を判定できるので、本計測法における信頼性の確保の観点から特に有益である。

図面を使って本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る測定方法を実施するための装置を示す概略図である。この図において、水平状態にあるワークが下側レール２の上に直行して置かれている。この図では下側レールはワークの両端を支持している。ワークの上には下側レールと同じレール幅を有し、その幅方向の位置が下側レールと同じ上側レール３が載っており、レール長手方向に移動可能となっている。上側レール３は弾性体４を介して微動送り装置５の送り部５ａに取り付けられていて、弾性体４によりワークを損傷させない適度の力でワークを押し付けている。微動送り装置５は下側レールに固定されて取り付けられていて、その送り方向は下側レール及び上側レールと平行の方向である。微動送り装置５の駆動用モータ５ｂはモータ制御装置７によって制御される。

ワークの上にはシート光式計測器のシート光発光部６ａが下側レールと固定され、かつワーク及び上側レール３とは接触しない様にそれらの上方に取り付けられている。またシート式計測器の受光部６ｂは下側レールの下側に位置し、下側レールと固定されて取り付けられている。シート光式計測器のシート光６ｃは図２示す様にワークに直交し、かつワークを跨ぐように照射されている。シート光がワークにより遮られた位置の距離寸法は、ワークのレール方向の位置データとして、シート光式計測器の計測制御ユニット６ｄに取り込まれる。図２において、ワークがシート光を遮っている境界の位置６ｅ及び６ｆが位置データとして計測される。なお光の種類としては例えばレーザー光がある。

モータ制御装置７の指令信号により、微動送り装置５が作動し、弾性体４を介して上側レール３がレール方向に移動することにより、ワークは下側レールの上を転動しながら移動する。このモータ制御信号は演算装置８に送られる。ワークが転動している際の位置はシート光式計測器の計測制御ユニット６ｄに取り込まれたのち演算装置８に送られる。

微動送り装置５が一定速度で作動するように制御し、定速状態の時間のみ計測すると、図３に示すようにワークの位置の計測値9は時刻に対して概ね直線となるが、ワークが曲っていることによる振れ量を含んでいる。

時刻を横軸、ワーク位置計測値9を縦軸としてグラフで表したとき、ワーク位置計測値の最少二乗近似直線式
Ｙ１＝Ａ × Ｘ＋Ｂ
の係数Ａ及びＢを、演算装置８により求める。
次に図４aは時刻を横軸、δ＝（ワーク位置計測値―近似直線値(Y1)）を縦軸にとってグラフとしたもので、ワークの曲がりによる振れを表している。演算装置８により、前述の手順にて標準偏差を計算し、これを曲り度と定義する。
例えばδが正弦波状の場合、
曲り度＝ワークの最大振れ量（両振幅）／（２＊√２）
となる。また曲がりが無い状態では
曲り度＝０
となる。
なお、曲り度をδの（最大値―最小値）つまり振れ幅の最大値としない理由は、実際の計測値は図４bのように計測値にばらつきが有り、統計的に処理した方が信頼性が高いためである。

つぎにワークの滑りを検知する方法を説明する。図５ａはワークの滑りが発生していない状態で、近似直線と（上側レールの移動量指示値／２）は平行となる。図５ｂはワークの滑りが発生した場合であり、上側レールとワークが相対的に滑ったためワーク位置が途中から増加しなくなり、その結果近似直線の傾きは(上側レール移動量指示値／２)の傾きより小さくなっている。このように両者の傾きが一致しないことにより滑りを検知できる。
なお、駆動用モータの回転量に関する指示値はモータに回転角度検出用のエンコーダを追設してその計測値を用いてもよい。
さらに、上側レールの移動量に換算した量は、直線位置検出用のリニアスケール等を下側レールに追設して、その計測値としてもよい。

上述の装置に、ワークを自動的に供給する部分と自動的に排出する部分を追加することにより、高速に細径長尺丸棒の曲がり計測が可能である。

ワークの長手方向の計測位置については、全体的な曲り量を計測したい場合は図１及び図６ａに示すように、ワークの両端にてレールで支持し、中央部にて計測する。またワーク両端の部分の曲りが特に重要な用途の場合には図７bのようにワークをその長手方向の中央よりの２箇所にてレールで支持し、両端部にて曲り度を計測する方がよい場合がある。計測箇所と支持箇所は前述の他にも必要性に応じ任意に決めることができる。

本発明の装置全体の斜視図である。シート光式計測器の計測概念図である。計測データの概念図である。本発明の装置により演算される曲り度の概念図である。本発明の装置により演算される曲り度の概念図で，データにバラツキが含まれる場合である。本発明の装置により検出されるワークの滑りの概念図である。ワーク計測位置の事例図である。

符号の説明

１，長尺丸棒（ワークとも称す）
２，下側レール
３，上側ワーク
４，弾性体
５，微動送り装置
５ａ，同上送り部
５ｂ，同上駆動用モータ
６，シート光式計測器
６ａ，同上発行部
６ｂ，同上受光部
６ｃ，同上シート光
６ｄ，同上制御表示部
６ｅ，境界１
６ｆ，境界２
７，微動送り装置駆動用モータ制御装置
８，演算装置

Claims

水平状態の丸棒を、丸棒の長手方向２箇所の下側及び上側にて、丸棒と直行する２組のレールに接触させ、上側のレールをその長手方向に定速度で移動させて丸棒を転動させ、その丸棒の長手方向のレール接触部とは異なる部分における、転動している位置を非接触計測器にて時々刻々計測し、時刻に対するその計測値の最少二乗近似式の係数を演算し、その後時刻に対するこの近似式の値と計測値の差に関する標準偏差を演算して丸棒の曲り量を得る計測装置。
請求項１において、転動させる上側レールの移動量と丸棒の移動量を比較して、丸棒が転動している際の滑りの発生有無を検出する計測装置。