JP2007263895A - 管状体の振れ測定方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転可能な管端チャックへ管状体の内側面を押圧する状態で当該管状体の一端部を保持させ、管端チャックにより前記管状体を回転させながら、管状体の他端部内の計測位置から管状体の内周までの距離を計測して回転角度毎の計測値を得るとともに、管状体の外周から離れた測定位置から管状体の外周までの距離を測定して回転角度毎の測定値を得、前記計測値に演算処理を施すことにより管状体の他端部の内径中心を算出して当該管状体の仮想中心軸を求め、前記測定位置において管端チャックの回転軸線と直交する面における前記回転軸線に対する前記仮想中心軸の偏倚量により前記測定値を補正する手段を含む。
【選択図】 図1
Description
したがって、ドラムは回転中の振れを極力小さく抑えることが要請されるが、電子写真装置の高性能化及び低コスト化の要請に応えるためには、ドラムの振れ測定は抜き取りでなく全製品について実施する必要があり、かつ、より短時間で精度よく行われることが要請されている。
その第1は、ドラムの各端部の内周面の二箇所にそれぞれ下方からボールを転接させることにより当該ドラムを四点で水平に支持し、前記ドラムの外周面で前記ボールが点接触する各端部の内周面の二箇所を結ぶ二本の母線のうちの一本の母線上に沿った位置に測定点を持つ距離センサを設置する。そして、前記ドラムを回転させ、当該ドラムの周方向に間隔をおいた最低三箇所において、前記距離センサにより当該距離センサから前記測定点までの距離を計測し、この計測により得られた計測値に演算処理を施すことで、前記ドラムの両端の中心を結ぶ仮想中心軸に対する前記ドラムの外周面の偏心量及びその偏心方向を算出する(後記特許文献1)。
すなわち、ボール精度やその設置精度(前記第1)、コロの偏心量(前記第2)、ドラムの長さ方向のずれ(前記第1)などが測定値に影響して測定精度が低下するおそれがある。
ボールやコロの設置構造を含めたドラムの支持機構が複雑になり、より正確に測定するためには設備費が嵩む。
ドラムは両端支持であるから、測定にとりかかるまでのドラムの支持や支持位置からの撤去に時間がかかり、結果として一連の測定作業に時間がかかる。
本発明の他の目的は、前記目的を達成できる振れ方法を円滑に実施することができ、かつ、より簡単な構成の振れ測定装置を提供することにある。
前記のように管状体の外周の前記測定値を、当該管状体の一端部の内面をチャックした前記管端チャックの回転軸線と前記管状体の仮想中心軸の偏倚量により補正する。感光体ドラムなどはその両端部内にフランジ部材が内接するように挿入された状態で回転されるが、本発明方法は管状体の一端部の内面をチャックして回転させながら振れを測定するので、感光体ドラムなどの実際の使用状態に沿って管状体の振れを測定することになる。
前記管状体の仮想中心軸は、当該管状体の他端部の内径中心と当該管状体の一端部と対応する位置の管端チャックの回転中心とから求められるので、本発明方法の過程で。
したがって、より正確に振れを測定することができる。
管状体は両端支持でなく片端の内面をチャックした状態で回転されながらその振れが測定されるので、両端の軸合わせが不要なことと、管状体を管端チャックへ保持させる時間と管状体を管端チャックから取り外す時間とがはるかに短縮されることとにより、より一層迅速に(短時間で)振れを測定することができる。
また、管状体は片端支持であるためその支持機構がより簡単(部品点数が少なくて済む)になり、設備費用がより低コストになる。
この実施形態において、管端チャック2は、中央部に突出する案内軸部20を、当該案内軸部20の基端外周へ回転しない状態において当該管端チャック2の回転軸線P’と直交するセット面21をそれぞれ有するバルーンチャック(但し、藤井精密工業株式会社製の商標名)である。
図3で示すように、管端チャック2の作動部は平面視において中心から等角度間隔に分割れた複数個(この実施形態では六個)の分割片20a〜20fから構成されている。この管端チャック2が管状体1の一端部を保持(チャック)する際には、所定の始動操作に伴い、図示しない配管を通じて供給される空気圧により、図4のように各分割片20a〜20fの案内軸部20の端部が周方向に向かって等量ずつ膨らむ(拡大する)状態に作動する。
変位計測手段3は、図示されていない駆動機構により、図1のように設置位置にある状態から、当該変位測定手段3のセンサヘッド面が前記管端チャック2へ保持されている管状体1の他端(上端)部内の計測位置と一致する状態の位置(以下単に「計測位置」と言う。)までの範囲を往復移動し、前記計測位置において当該計測位置から管状体1の内周までの距離を計測する。
この実施形態において、押え部材4は、平面視馬蹄形状等の保持枠41と、この保持枠41の下面へ所定の角度間隔をおいてねじ(図示しない)により三個以上取り付けられた下向きの接触片40とから構成されている。各接触片40は、図示のように円錐状又は円錐台状に形成されている。
この押え部材4は図2で示すように、保持枠41の馬蹄形状に沿った両側部へ前記変位計測手段3の支持腕31と平行するように取り付けられた一対の支持腕42,42を介して、図示しない駆動機構により図4の実線の設置位置から同図二点鎖線の位置まで往復移動する。
各接触片40は、管端チャック2の回転軸線P’から等距離に位置しており、図4のように押え部材4が管状体1を管端チャック2のセット面21へ押し付けるときは、その円錐面の一部が管状体1の他端内縁へ接触する。
前記押え部材4は不可欠な構成部材ではないが、後述のように管端チャック2が管状体1の一端部を内部からチャックしたときに、管端チャック2の回転軸線P’と管状体2の両端部の中心を結ぶ仮想中心軸とのずれをなるべく小さくするために有用である。
前記距離測定手段5は、図5の投光部50によるレーザ光の投光幅のいずれかの片側に位置する測定位置52から、管状体1の回転時に前記測定基位置52へ最も近接する管状体1の外周の測定点10までの距離を測定する。
距離測定手段5は、管端チャック2へ保持されている管状体1の両端間の一箇所(例えば両端間の中央部すなわち長さ方向の中央部)で前記距離を測定するように設置されていても実施することができるが、前記管状体1の長さ方向に沿って所定間隔毎に位置する状態で複数設置するのが好ましい。
この実施形態では、前記管状体1の一端部から全長の1/10、1/2及び9/10の各位置へ都合三箇所に設置されている。
管状体1は、直径=20mm,肉厚=1mm,長さ260mmのアルミウム合金からなる高精度成形の管とする。
図1のように変位計測手段3及び押え部材4が設置位置に復帰している状態で、管状体1を例えば図示しないロボットなどにより保持して管端チャック2の真上に沿う状態に移動させ、当該管状体1の一端を管端チャック2のセット面21上にセットする。
次いで、前記管状体1を管端チャック2のセット面21へ当該管端チャック2の回転軸線に沿って押し付ける。このとき、押え部材4の各接触片40は、管端チャック2の回転軸線P’から等距離位置にあり、図4のように押え部材4が管状体1を管端チャック2のセット面21へ押し付けた状態では、そのれらの円錐面の一部が管状体1の他端内縁へ接触するようになっているので、管端チャック2の回転軸線P’に対する管状体1の両端部中心間を結ぶ仮想中心軸の上端部のずれ量はより小さくなる。
管状体1を前記のように押し付けた後、図示しないエアー供給配管からのエアーの供給により管端チャック2の各分割片20a〜20fの先端部を周方向に拡大させて管状体1の一端部内面をチャックした状態で保持させ、押え部材4を設置位置ヘ復帰させるとともに(あるいは復帰させた後)、変位計測手段3を図4の二点鎖線で示すように管状体1の上端部内の計測位置へ移動させる。
前記変位計測手段3の計測位置は、できるだけ管状体1の上端へ近付けた位置に設定するのが測定精度上好ましい。
前記の状態で管端チャック2を一定方向へ360°回転させながら、変位計測手段3によりその測定位置(変位計測手段のヘッド面)から管状体1の内周までの距離を連続的に計測し、管状体1の所定の回転角度θ毎(例えば1°〜10°、ただしこの実施形態では1°)の計測値s(θ)を記録する。例えば、当該計測値を図示しないコンピュータ(本発明方法を実施するための各種の演算や算出などに使用されているコンピュータ)のメモリに格納する。
したがって、回転角度θ=360°−回転角度θ’である。
この明細書で「回転角度θ’」は、前記のように管状体1の回転を停止させたときのX軸(X>0)と、回転軸線P’と当該位置における管状体1の内径を結ぶ線とがなす角度であって、後述のように管状体1の上端部における内径中心Oを求めるために用いる。
s(θ’),s(θ):ある回転角度θ’,θにおける変位計測手段3の計測距離
L:回転軸線P’〜変位検出手段3の計測ヘッド面間距離
e:管状体の内径中心O〜回転軸線P’間距離
α0:管状体の回転角度θ,θ’=0°のときの、管状体の内径中心Oと回転軸線P’とを結ぶ線とX軸(X>0)とのなす角度
管状体1の仮想中心線O’を算出するまでの手順を以下詳細に説明する。
ステップ1
前記のように、管状体1を回転させながら計測位置から管状体1の上端部の内周までの距離を連続的に計測し、管状体1の回転角度θ毎の計測値を記録する。
変位計測手段3の計測距離s(θ’)と回転角度θ’を次式1,2によりXY座標データに変換する(回転軸線が原点となる)。
X(θ’)=s(θ’)・cos(θ’)……式1
Y(θ’)=s(θ’)・sin(θ’)……式2
前記座標データを図7のようにグラフ化し(円になる)、最小中心二乗法により管状体1の上端部の内径中心Oを求める。図7では回転角度θ’=0°,10°,20°…330°,340°,350°の36の点を用いている。
前記内径中心Oは、最小中心二乗法ではなく、管状体が360°回転した時の各回転角度間隔(θ)毎の変位計測手段3の計測値その最大値からその最小値を減算(式:e=S[θ]max−s[θ]min)することによって求めても実施することができる。
回転軸線P’と管状体1の上端部の内径中心Oとから、次式3、4により、内径中心O〜回転軸線P’間距離eと、内径中心Oと回転軸線P’を結ぶ線とX軸(X>0)とのなす角度α0を求める。なお、回転軸線を原点としているので回転軸線の座標は(0,0)である。
・内径中心O(x,y)のとき
e=√(x2+y2)……式3
α00=|tan−1(y/x)……式4
ただし
・x>0,y>=0のとき、α0=α00
・x>0,y<0のとき、α0=α00+90°
・x<0,y<0のとき、α0=α00+180°
・x>=0,y<0のとき、α0=α00+270°
以上により求められた内径中心Oと回転軸線P’とを結ぶ線とX軸とのなす角度α0と、管端チャック2のセット面21の回転中心Pとからで管状体1の仮想中心線O’(図9)を算出する。
例えば、L=10mmのときこれを前記算出に用いた場合とこれを無視した場合、管状体内径中心O〜回転軸線P’間距離eについて0.02μmの差を生じ、管状体の回転角度θ’=0°のときの、管状体の内径中心Oと回転軸線P’とを結ぶ線とX軸とのなす角度α0角度について0.21°の差を生じたに過ぎなかった。
前記のように管状体1を360°回転させながら、変位計測手段3によりその計測位置から管状体1の内周までの距離を連続的に計測するのと並行して、図5の距離測定手段5により、図9のように管状体1の長さ方向の所定間隔毎の測定位置L1,L2,L3(図5の距離測定手段5の設置レベル)において、管状体1の外周から離れた測定位置52から管状体1の外周の測定点10までの距離a1,a2,a3を連続的に測定する。
図8及び図9の記載から明かなように、前記測定位置52は、管状体1の外周方向に離れかつ管端チャック2の回転軸線P’との平行線53(図8では点で記載されている)を通る基準面54上に位置しており、測定点10は前記測定位置52において当該測定位置へ最も近接する管状体1の外周上の位置である。ただし、図9の場合測定位置52は各レベルL1〜L3において同一垂直面上に位置していなくてもよい。
図9で示す前記距離a1,a2,a3の管状体1に対する測定レベル(管状体1の長さ方向の所定間隔毎の三箇所)L1〜L3は、この実施形態では前記のように管状体1の長さ=hとして当該管状体1の上端から順にL1=9/10h,L2=1/2h,L3=1/10hの位置である。
これらの距離測定値や角度データ及び関連データに演算処理を施して、管状体1の仮想中心線O’の回転軸線P’に対する偏倚量(補正量)を算出し、当該偏倚量によって前記仮想中心線O’を回転軸線P’と一致させる方向へ補正し、各測定位置における管状体1の振れを算出する。
ステップ5
各回転角度θ毎に、前記のように測定した距離a1,a2,a3と、管状体1の上端部における内径中心O〜管端チャック回転軸線P’間距離eと、前記内径中心Oと回転軸線P’とを結ぶ線とX軸(X>0)のなす角度α(θ)から、次の式5〜7により各測定位置L1,L2,L3における振れ補正データa1’(θ),a2’(θ),a3’(θ)を求める。
a1’(θ)=a1(θ)+e・cosα(θ)・9/10……式5
a2’(θ)=a2(θ)+e・cosα(θ)・1/2………式6
a3’(θ)=a3(θ)+e・cosα(θ)・1/10……式7
ただし
α(θ):α0+θ
θ:管状体の回転角度(0〜360°)
前記各式から明かなように、実際に演算される補正量である偏倚量e・cosα(θ)は図8及び図9の管状体1の上端部における、回転軸線P’とそれに対する平行線53とを通る面に投影された回転軸線P’と管状体の内径中心Oとの距離の変化量であり、平面視においては回転軸線O’に対する仮想中心軸P’の偏心量すなわち回転軸線O’と内径中心O間の距離eである。
次の式8〜10により、管状体が360°回転したときの各測定レベルL1,L2,L3における振れを算出する。
L1の位置の振れ=a1’(θ)max−a1’(θ)min……式8
L2の位置の振れ=a2’(θ)max−a2’(θ)min……式9
L3の位置の振れ=a3’(θ)max−a3’(θ)min……式10
前記のように管状体1の外周の前記測定値を、当該管状体1の一端部の内面をチャックした前記管端チャック2の回転軸線P’と前記管状体1の仮想中心軸P’の偏倚量により補正する。感光体ドラムなどはその両端部内にフランジ部材が内接するように挿入された状態で回転されるが、前記測定方法は管状体1の一端部の内面をチャックして回転させながら振れを測定するので、感光体ドラムなどの実際の使用状態に沿って管状体の振れを測定することになる。
前記管状体1の仮想中心軸は、当該管状体1の他端部の内径中心Oと当該管状体1の一端部と対応する位置の管端チャック2の回転中心とから求められるので、管状体1の偏肉量も測定される。
したがって、より正確に振れを測定することができる。
また、管状体1は片端支持であるためその支持機構がより簡単(部品点数が少なくて済む)になり、設備費用がより低コストになる。
管状体1は管端チャック2へ縦方向に沿う姿勢で保持されるので、測定機器類の設置や作動がより容易である。
押え部材4は、管状体1を前記管端ホルダ2のセット面21へ押し付けたときにセット面21の反対側の当該管状体1の端部内周縁に円錐面の一部が接触する三個以上の円錐体40(又は円錐台体)を有し、全円錐体40間の中心部は管端ホルダ2の回転軸線へほぼ沿っているので、管状体1を前記セット面21へ押し付けたとき管状体の中心線と前記回転軸線とのずれが一層小さくなる。
管端チャック2は管状体1を垂直姿勢でなく傾斜姿勢又は水平姿勢で保持するように構成されていても実施することができるが、垂直姿勢で保持するいわゆる縦型であるのがより好ましい。
前記変位計測手段3には、レーザ光用いた変位センサやその他の非接触式変位計測手段を使用し、あるいは接触式変位計測手段を使用することもできる。
管状体1の外周の測定点を測定する測定位置は、管状体1の長さ方向の一箇所に設けても実施することができる。
また、前記実施形態のように管状体1の長さ方向に沿って複数箇所に設ける場合には、各測定位置に対応する位置へそれぞれ距離測定手段5を設置するのに代えて、一組のレーザ投光部とレーザ受光部とを設置し、当該投光部と受光部とが管状体の長さ方向へ各測定位置を含む範囲を互いに同調して往復移動するように構成しても実施することができる。
この場合には、投光部と受光部が一つの設置位置に移動する毎に管状体を360°回転させる必要がある。
前記距離測定手段5には、渦電流変位センサやレーザ変位センサなどを用いることができるほか、接触式変位計を使用することもできる。
したがって、接触片40は複数個でなく例えば図12で示すように円錐台形状ないし円錐形状を有する単一のものでも同様に実施することができる。
10 管状体外周の測定点
2 管端チャック
2a エアスピンドル
20 案内軸部
21 セット面
3 変位計測手段
4 押え部材
40 接触片
41 保持枠
5 距離測定手段
50 レーザ投光部
51 レーザ受光部
52 測定位置
53 平行線
54 基準面
P 管端チャックの回転中心
P’ 管端チャックの回転軸線
O 内径中心
O’ 仮想中心軸
L1,L2,L3 管状体の長さ方向に沿う所定間隔毎の位置
a1,a2,a3 距離
Claims (17)
- 回転可能な管端チャックへ管状体の内側面を押圧する状態で当該管状体の一端部を保持させ、
前記管端チャックにより前記管状体を回転させながら、当該管状体の他端部内における所定の計測位置から当該管状体の内周までの距離を計測して所定の回転角度毎の計測値を得るとともに、前記管状体の両端間の所定位置であって当該管状体の外周方向に離れた測定位置から前記管状体の外周までの距離を測定して前記回転角度毎の測定値を得、
前記計測値に演算処理を施すことにより管状体の前記他端部の内径中心を算出して当該内径中心と当該管状体の一端部と対応する位置における前記管端チャックの回転中心とから前記管状体の仮想中心軸を求め、
前記測定位置において前記管端チャックの回転軸線と直交する面における前記回転軸線に対する前記仮想中心軸の偏倚量により前記測定値を補正する手段を含む、
ことを特徴とする管状体の振れ測定方法。 - 前記測定位置は前記回転軸線との平行線を通る基準面に位置し、前記偏倚量は前記回転軸線と前記平行線とを通る面に投影された変化量であることを特徴とする、請求項1に記載の管状体の振れ測定方法。
- 前記回転角度毎の測定値を前記偏倚量により補正した補正後データの最大値から当該補正後データの最小値を減算する手段をさらに含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の管状体の振れ測定方法。
- 前記測定位置は前記管状体の両端間の所定間隔毎に位置する状態で複数設定されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の管状体の振れ測定方法。
- 前記管端チャックはエアスピンドルに取り付けられ、作動部が平面視において中心から当角度間隔に分割され作動時に管状体の内周方向に向かって等量ずつ拡大する複数の分割片によって構成されたチャックであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の管状体の振れ測定方法。
- 前記管端チャックへ前記管状体を保持させる前に当該管状体を前記管端チャックへ当該管端チャックの回転軸線に沿って押し付けることを特徴とする、請求項1〜5いずれかに記載の管状体の振れ測定方法。
- 前記管状体は前記管端チャックへ保持されたとき縦方向に沿う姿勢であることを特徴とする、請求項1〜6いずれかに記載の管状体の振れ測定方法。
- 前記計測位置から前記管状体の内周までの距離は非接触式の変位計測手段により計測されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の管状体の振れ測定方法。
- 前記測定位置から前記管状体の外周の測定点までの距離は非接触式の距離測定手段により測定されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の管状体の振れ測定方法。
- 回転可能で回転軸線に対して直交するセット面を有し、当該セット面ヘ一端部がセットされた管状体の内側面を押圧する状態で当該管状体の一端部を保持する管端チャックと、
前記管状体と干渉しない所定の設置位置から前記セットされた管状体の前記他端部の内周の一部へ計測ヘッドが臨む位置までの範囲を移動可能な変位計測手段と、
前記管状体の両端間の所定位置であって当該管状体の外周方向へ離れた測定位置から当該管状体の外周までの距離を測定すべく設置された距離測定手段と、
を備えたことを特徴とする管状体の振れ測定装置。 - 前記距離測定手段は、前記管端チャックヘ保持された管状体の両端間に沿って所定間隔毎に複数設置されていることを特徴とする、請求項10に記載の管状体の振れ測定装置。
- 前記管端チャックはエアスピンドルに取り付けられ、作動部が平面視において中心から当角度間隔に分割され作動時に前記管状体の内周方向に向かって等量ずつ拡大する複数の分割片によって構成されたチャックであることを特徴とする、請求項10又は11に記載の管状体の振れ測定装置。
- 前記管端チャックのセット面へ前記管状体がセットされて管端チャックに保持される前に前記管状体を前記管端チャックの回転軸線に沿って前記セット面へ押し付けるべく作動する押え部材を備えたことを特徴とする、請求項10〜12のいずれかに記載の管状体の振れ測定装置。
- 前記押え部材は、前記管状体を前記セット面へ押し付けたときに当該管状体の前記他端部の内周縁へ接触する円錐形状ないし円錐台形状を有する一個の接触片を有するか、若しくは、前記管状体を前記セット面へ押し付けたときに当該管状体の前記他端部の内周縁へ接触する外側面を連続させたときの仮想外周面が総体として円錐面状を呈する状態の三個以上の接触片を有することを特徴とする、請求項13に記載の管状体の振れ測定装置。
- 前記管端チャックのセット面は水平であることを特徴とする、請求項10〜14のいずれかに記載の管状体の振れ測定装置。
- 前記変位計測手段は非接触式変位センサであることを特徴とする、請求項10〜15のいずれかに記載の管状体の振れ測定装置。
- 前記距離測定手段は非接触式の距離測定手段であることを特徴とする、請求項10〜16のいずれかに記載の管状体の振れ測定装置。
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