JP2008139190A - コイルばねの寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スケーリング作業を不要化し、小型化を図るコイルばねの寸法測定装置を実現する。
【解決手段】 測定手段８を、測定光源１１，コリメータレンズ１２，第１反射ミラー１４，第２反射ミラー１５，結像レンズ１６，ラインＣＣＤ１７の光学系要素で構成する。寸法測定装置本体１０の第１反射ミラー１４と第２反射ミラー１５との間に測定用凹部１８を設ける。測定用凹部１８にコイルばね５を収容配置する。測定光源１１からの測定光は、コリメータレンズ１２を透過して第１反射ミラー１４で反射した後、コイルばね５を照射する。コイルばね５の陰影像が第２反射ミラー１５に入射し、その方向を変更して反射する。反射した測定光は、結像レンズ１６を透過するとき拡大する。拡大した陰影像をラインＣＣＤ１７に投影し、検出したビット値をｍｍ数値に自動変換してＰＣ４に表示する。ラインＣＣＤ１７の代わりに二次元ＣＣＤ２１でもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイリングマシンで製作されたコイルばねの自由長を始め、コイルばねの外径やピッチ等の寸法を測定するための寸法測定装置に関する。

従来、コイルばねの寸法測定装置として、スクリーン上に投影されたコイルばねの光線像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅの略称）カメラで撮像して検出し、検出した値を基準値と比較して良否の判定を行う構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１１０２０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載される技術は、コイルばねをＣＣＤカメラで画像として撮影し、この撮像の画素数を長さの数値単位であるｍｍに変換するスケーリング（換算作業）を手作業で行わなければならない煩わしいものであり、また撮影時の倍率によりその測定値を実際の数値に変換するという手間を要するものであった。

さらに、ＣＣＤカメラと測定対象のコイルばねとの距離が測定の都度微妙に異なるためにピントが合いにくく、しかも、ＣＣＤカメラの設置位置がずれた場合にはその都度調整が必要であり、正確な測定が困難となる。また、ＣＣＤカメラでは、バックライトを使用する必要があるが、バックライトの設置スペースを確保することが困難でもあった。さらに、測定対象のコイルばねが極細線で形成されていたり短小ばねのような場合には、ＣＣＤカメラを用いた測定が困難であり、特にＣＣＤカメラの外径とレンズの外径との差が大きい場合には測定が困難であるという問題がある。

本発明は、上記の技術的課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、コイリングマシンで製作されたコイルばねの自由長を精度よく簡便に測定したり、コイルばねの外径、ピッチ等も測定することのできるコイルばねの寸法測定装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、ばね製造装置で製作されたコイルばねの基端側を、前記ばね製造装置で保持して前記コイルばねの自由長を測定するための寸法測定装置であって、該寸法測定装置本体内で測定光を放射する測定光源と、該測定光源からの測定光を平行に透過させるコリメータレンズと、該コリメータレンズを透過した測定光を反射する第１反射ミラーと、該第１反射ミラーで反射した測定光を反射する第２反射ミラーと、該第２反射ミラーで反射した測定光を集光して透過させる結像レンズと、該結像レンズを透過した測定光を結像として投影する画素ＣＣＤとにより測定手段を構成し、前記寸法測定装置本体の前記第１反射ミラーと第２反射ミラーとの間を窪ませて、この窪み部分を前記コイルばねの先端側を収容する測定用凹部となし、前記第１反射ミラーから前記第２反射ミラーに投射される前記測定光を、前記測定用凹部に位置させた前記コイルばねの先端側に照射することを特徴としている。

画素ＣＣＤとして、ラインＣＣＤまたは二次元ＣＣＤが適当であり、コリメータレンズと第１反射ミラーとの間の前記測定光の光路に、シリンドリカルレンズを配設することが好ましい。測定光源には、半導体レーザーやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅの略称）を用いるとよい。

寸法測定装置で測定されるコイルばねは、基端面を基準点として基端側をばね製造装置で保持され、先端側を寸法測定装置の測定用凹部に収容配置される。寸法測定装置には、演算処理を行う制御手段と表示手段であるパソコンとが接続され、制御手段には測定対象であるコイルばねの基準長さが予め設定される。

測定光源から放射された測定光は、コリメータレンズにより平行な光路となり、この光路上に所定角度で傾斜配置した第１反射ミラーにより第２反射ミラーへ向けて反射される。第１反射ミラーで反射された測定光は、測定用凹部内のコイルばねの先端側を照射した後、光路上に所定角度で傾斜配置した第２反射ミラーにより結像レンズへ向けて反射される。第２反射ミラーで反射された測定光は、結像レンズを集光されながら透過した後、ラインＣＣＤまたは二次元ＣＣＤの画素ＣＣＤに投影され、コイルばねに遮られた測定光の一部が陰影像として画素ＣＣＤに結像する。

画素ＣＣＤ上に投影されたコイルばねの陰影像は、０ビットの方向から走査スキャンして第１暗点（ｆｉｒｓｔ ｄａｒｋ ｐｏｉｎｔ）の位置をコイルばねの先端位置（自由端位置）とし、その先端位置までの長さを測定ビット数に応じた長さ表示で得られる。この測定ビット数に応じた長さ表示は、例えば、ラインＣＣＤに５０００ビット，５ｍｍのものを使用して、最低測定単位の１ビットを０，００１ｍｍに設定することにより、コイルばねの自由長が測定ビット数に応じたミリメートルで測定され、これをそのままパソコンのモニタ画面に表示する。また、ＣＣＤカメラを用いた従来装置では、測定精度がせいぜい１／１００ｍｍ程度であったが、本願発明では、ラインＣＣＤに５０００ビット，５ｍｍのものを使用することにより、最小表示単位１／１０００ｍｍという従来の１０倍という高精度な計測が可能となる。

ラインＣＣＤでは、コイルばねの自由長だけの測定となるが、二次元ＣＣＤでは二次元の測定、すなわちコイルばねの自由長だけでなく、コイルばねの外径やピッチも測定が可能となる。二次元ＣＣＤは、例えばＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒの略称）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒの略称），エリアＣＣＤ等である。

本発明のコイルばねの寸法測定装置よれば、画素ＣＣＤの測定ビット数をコイルばねの自由長としてそのまま簡便に表示することができので、ＣＣＤカメラを用いた従来装置のような撮像した画素数に基づいてビット数値を長さ単位に人手でスケーリングするという作業を不要にできる。また、画素ＣＣＤを用いることにより、測定精度を格段に向上できる。

また、測定精度が向上するので、極細線や極短小のコイルばねでも容易に測定が可能となり、さらに、ＣＣＤカメラを利用した従来装置のように、ＣＣＤカメラの設置位置のずれによる修正を行う手間を不要できる。また、第１，第２反射ミラーの傾斜配置とこれらの間に設定される測定用凹部との構成により、寸法測定装置の全体をコンパクト化でき、しかも配置スペースに余裕ができるので設計の自由度が向上する。
さらに本発明は、ＣＣＤカメラを用いた従来装置のようにバックライトを設ける必要がないことから、寸法測定装置のコンパクト化と設計の自由度の向上が図れる。

また、コリメータレンズと第１反射ミラーとの間の測定光の光路に、シリンドリカルレンズを配設することにより、コイルばねの照射面における照度を上げることができ、その結果、ラインＣＣＤに明暗の明瞭な陰影像を投影でき、測定精度を格段に向上できる効果を奏する。
また、画素ＣＣＤに二次元ＣＣＤを用いることより、二次元の測定、すなわち、コイルばねの自由長だけでなく、外径やピッチも測定が可能となる。したがって、これら測定結果をばね製造装置にフィードバックすれば、自由長制御や外径制御，ピッチ制御をより正確でかつ簡単に行え、精度の一層高いコイルばねの製作が可能となる。

以下、本発明を実施した最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施例を示すもので、コイルばねの寸法測定装置１は、ばね製造装置２に近接して配設されている。寸法測定装置１には制御部３が接続され、該制御部３によって寸法測定装置１を制御する制御信号を授受するようになっている。

制御部３は、パーソナルコンピュータ４（以下、ＰＣ４と略記する）に接続されており、ＰＣ４との間で各種の制御データの入出力が行われ、制御部３を介して寸法測定装置１に内蔵した後述の測定手段８をコントロールするようにしており、同時にＰＣ４は、ばね製造装置２に対してフィードバック用の制御信号を出力したり、ばね製造装置２との間で入出力信号を授受するようにしている。
寸法測定装置１の近傍には、ダンパ６を備えた選別器７が配設されており、ばね製造装置２で製作されたコイルばね５が、寸法測定装置１で良品と判定された場合にはＯＫ側に選別され、同じく寸法測定装置１で不良品と判定された場合にはＮＧ側に選別される。

前記ばね製造装置２は、ピッチ成型部２ａおよびコイル外径成型部２ｂとを有しており、図示しないコイルフィーダから送り出されてくる線材Ｗが前記ピッチ成型部２ａおよびコイル外径成型部２ｂにより所定ピッチと所定外径形状のコイルばね５に成型される。成型されたコイルばね５は、それが図示しないカッターで切断される前に、寸法測定装置１でコイルばね５の自由長が測定されるとともに良否が判定され、測定を終えたコイルばね５は前記カッターで切断されて選別器７へ落下し、良否に応じたダンパー６の動きに応じて自動選別が行われる。

寸法測定装置本体１０の内部には、コイルばね５を自由長を測定するための光学系要素からなる測定手段８が内蔵されている。この測定手段８は、測定光を放射する測定光源１１と、該測定光源１１からの測定光を透過させるコリメータレンズ１２と、該コリメータレンズ１２後方の光路上に配設されるシリンドリカルレンズ１３と、該シリンドリカルレンズ１３を透過した測定光を反射する平面鏡でなる第１反射ミラー１４と、該第１反射ミラー１４からの反射測定光を反射する平面鏡でなる第２反射ミラー１５と、該第２反射ミラー１５で反射した測定光を集光して透過させる結像レンズ１６と、該第２反射ミラー１６を透過した測定光を結像して投影させるラインＣＣＤ１７の光学系要素から構成されている。

前記測定光源１１は、例えば、半導体レーザー（ＬＤ）や放射ダイオード（ＬＥＤ）などにより形成され、コリメータレンズ１２は測定光源１１から放射された測定光を円状の平行光にする機能を有し、シリンドリカルレンズ１３は平行光となった測定光を線状の平行光としてコイルばね５を照射する機能を有する。
第１反射ミラー１４は、光路に対して例えば４５度の傾斜角で配設される。第２反射ミラー１５は、第１反射ミラー１４と共働してハの字状をなす４５度の傾斜角で配設され、第２反射ミラー１５の反射測定光を寸法測定装置本体１０内部側へ向かわせる。

寸法測定装置本体１０は、第１反射ミラーと第２反射ミラーとの間を窪ませてこの窪み部分を測定用凹部１８となしており、該測定用凹部１８を第１反射ミラー１４から第２反射ミラー１５へ向けて反射された測定光が透過するようになっている。測定用凹部１８には、中心軸Ｙを光路に対して直交させたコイルばね５の先端側が収容配置されており、第１反射ミラー１４で反射された測定光によってコイルばね５が照射され、その陰影像が結像レンズ１６に透過される。

第１反射ミラー１４で反射した測定光は、測定用凹部１８にセッティングされたコイルばね５を照射し、その陰影像が第２反射ミラー１５に入射される。これにより、測定光源１１から照射された測定光がラインＣＣＤ１７に至るまでの光路は、第１反射ミラー１４と第２反射ミラー１５の介在により、コの字状の形態をなす。
測定用凹部１８の両側壁には、例えば透明ガラスなどを用いた透明部材２０が装着され、寸法測定装置本体１０内部を外部から完全密閉する。これにより、測定光は透過するが、外部の塵埃が侵入するのを阻止し、前記測定手段８の光学系要素をクリーンな状態に保持する。

結像レンズ１６は、コイルばね５の陰影像を拡大してラインＣＣＤ１７に結像する。ラインＣＣＤ１７はコイルばね５の陰影像を結像する本発明の画素ＣＣＤであり、例えば、ビット数値で０ビットから５０００ビットまでの範囲を測定可能とする測定機能を備える。これにより、１ビットを最小表示単位として０，００１ｍｍに対応し、測定されたビット値データに基づいて自動的にｍｍ値に換算する演算処理プログラムが前記制御部３に設定される。こうして、ラインＣＣＤ１７上には、結像レンズ１６で拡大された陰影像が投影されるので、解像度が高められた陰影像が結像される。

前記制御部３は、測定手段８を制御するが、具体的には、ラインＣＣＤ１７で検出されたコイルばね５の陰影像検知信号は制御部３でＡＤ変換され、前記した演算処理プログラムによりビット値からｍｍ数値に変換され、その変換測定値がＰＣ４のモニタ画面に表示される。
この表示は次のようにして実行される。すなわち、ラインＣＣＤ１７上に投影される陰影像の位置を、ラインＣＣＤ１７上で０ビットの方向から走査スキャンして前記第１暗点の位置をコイルばね５の先端位置とし、測定ビット数に応じた長さｍｍ数値で表示される。モニタ画面への表示に際しては、同一のコイルばね５ついて複数回の測定が行われ、制御部３のＣＰＵにて平均値を算出し、それを測定値とする。

制御部３は、測定光源１１を駆動するドライバ機能やＰＣ４に対する通信機能，クロック制御機能，コイルばね５の測定値と基準値とを比較する比較判断機能とを有している。
制御部３は、コイルばね５の生産において、コイルばね５の切断終了後にセルフチェックを実行する機能を有する。これは、測定時間から所定時間経過後に、再度ラインＣＣＤ１７を走査スキャンして、コイルばね５が測定用凹部１８に無い状態、すなわち、セッティングしない状態で５０００ビット全ての範囲に亘ってコイルばね５の陰影像が無い状態を確認する。
また、異常が生じた場合には、ＰＣ４にエラー表示を行って警告を告知し、これを受けて、ＰＣ４とばね製造装置２との間に入出力信号によりばね製造装置２の運転を停止させる処理を実行する。

測定光源１１から放射された測定光は、測定用凹部１８の前後で第１，第２反射ミラー１４，１５によってほぼコ字状に屈折して向きを変え、また測定用凹部１８ではセッティングされたコイルばね５を照射して、該コイルばね５の所定長Ｌの部分の陰影像がラインＣＣＤ１７に拡大して投影される。ラインＣＣＤの陰影像は、制御部３の演算処理プログラムにより測定値ビット数に応じて変換されたｍｍ数値によってＰＣ３に表示され、換言すると、ラインＣＣＤ１７で測定された寸法がそのままＰＣ４に表示される。

このように、本実施例では、ラインＣＣＤ１７上の陰影像をビット数からｍｍ数値に直接に演算処理プログラムにより数値換算するので、従来装置のようなスクリーン上に投影された陰影像をＣＣＤカメラで撮像する間接に測定するタイプの技術とは異なり、測定精度が従来装置に比べて格段に向上できる。

したがって、極細線や極短小のコイルばねでもコイルばね５の種類や形態に関係なく、自由長が精度内にあるかどうかを容易に判別でき、かつ、精度良く測定を行うことができる。また、従来装置のように画素数からｍｍ数値に換算する面倒なスケーリング作業を不要にでき、ＣＣＤカメラの設置位置のずれによる修正を行う手間をも不要にできる。
また、２枚の第１，第２反射ミラー１４，１５を傾斜配置し、これら第１，第２反射ミラー１４，１５の間に測定用凹部１８を配設したことにより、ラインＣＣＤ１７が寸法測定装置本体１０の内部に位置するため、寸法測定装置１の全体をコンパクトにすることができ、これによって配置スペースに余裕ができるので設計の自由度が向上する。

なお、２枚の反射ミラー１４，１５を用いない場合には、図２に示すように、コリメータレンズ１２とシリンドリカルレンズ１３と結像レンズ１６とが測定用凹部１８を挟むように位置することとなる。この結果、寸法測定装置本体１０は、測定用凹部１８の軸線と交差方向に大きく寸法をとることになり、また結像レンズ１６は、測定光の透過に不要な片側部分が、ばね製造装置側（図２の上側）へ突出し、さらに結像レンズ１６の後ろ側に位置するラインＣＣＤ１７もばね製造装置側へ大きく突出するため、寸法測定装置１をコンパクト化することが困難となる。
これに対して、図１に示す本実施例では、測定用凹部１８の両側に２枚の反射ミラー１４，１５を対向させて光路をコの字状に屈折させることにより、コリメータレンズ１２とシリンドリカルレンズ１３，結像レンズ１６，ラインＣＣＤ１７を寸法測定装置本体１０内部のスペース的に余裕ある場所に設置することが可能となる。

すなわち、図２のように、寸法測定装置１の測定光源１１からラインＣＣＤ１７までの殆どの部品を横方向へ並べて、寸法測定装置本体１０の横寸法を著しく増大させ、結像レンズ１６とラインＣＣＤ１７とをばね製造装置側へいたずらに張り出す構成よりは、本実施例のように、２枚の反射ミラー１４，１５を対向させて光路をコの字状に屈折させることにより、寸法測定装置本体１０の全体をコンパクトにすることができる。

また、一つの測定対象となるコイルばね５に対して複数回の測定を行なうことで、正確な表示と平均値の表示が得られ、また、前記測定手段８を外部から遮断した構成としたので、測定手段８の光学系要素が外部の塵埃付着するのを回避でき、外部環境が受けることの少ない正確な表示を実現でき、さらに、セルフチェックによる測定値の信頼性にも有利となる。
測定用凹部１８に測定対象となるコイルばね５を収容して自由長を測定する場合、この測定用凹部１８の奥部にコイルばねを深く進入させる長さに応じて、ラインＣＣＤ１７に投影される陰影像を任意に設定できるので、それだけコイルばね５の測定に自由度が増し、使い勝手の良いコイルばねの寸法測定装置１を得ることができる。
また、コリメータレンズ１２と第１反射ミラー１４との間の測定光の光路に、シリンドリカルレンズ１３を配設したので、コイルばね５の照射面における照度を上げることができ、ラインＣＣＤ１７に明暗の明瞭な陰影像を投影でき、測定精度を格段に向上できる。

上述の第１実施例では、コイルばね５の陰影像を投影させる画素ＣＣＤとしてラインＣＣＤ１７を用いたが、本発明は図３に示す変形例も可能である。
図３は、前記第１実施例をアレンジした第２実施例のイメージ図で、第２実施例の基本構成は第１実施例とほぼ同じであるが、画素ＣＣＤとして二次元ＣＣＤ２１を採用した点で第１実施例と異なる。すなわち、二次元ＣＣＤ２１は、ラインＣＣＤを複数個並列に並べた構造でよく、したがってＰＳＤやＣＭＯＳエリアＣＣＤ等を用いた態様でもよい。

本実施例では、二次元ＣＣＤ２１によりコイルばね５の陰影像２２が二次元イメージで投影され、投影されたコイルばね５の自由長，外径，ピッチ等のビット値データが制御部３の演算処理プログラムによりｍｍ数値に換算され、その結果がＰＣ４に表示される。
このように、第２実施例によれば、多項目の測定結果をばね製造装置に同時にフィードバックすることが可能となり、自由長制御，外径制御，ピッチ制御をより正確かつ簡単に行なえ、寸法精度のよいコイルばね５を安定して製作することができるできる。

なお、前記第１，第２実施例では、コリメータレンズと第１反射ミラーとの間の測定光の光路に、シリンドリカルレンズを配設するが、このシリンドリカルレンズを省略し、コリメータレンズによる円状のコリメータ光をコイルばねに照射する構成としてもよい。

本発明の第１実施例を示すコイルばねの寸法測定装置を含むシステムの全体構成を示すブロック図である。 第１実施例の第１反射ミラーと第２反射ミラーを省略した測定手段を示す説明図である。 本発明の第１実施例を示すコイルばねの陰影像を示したイメージ図である。

符号の説明

１…コイルばねの寸法測定装置
２…ばね製造装置
３…制御部
４…パソコン
５…コイルばね
８…測定手段
１０…寸法測定装置本体
１１…測定光源
１２…コリメータレンズ
１３…シリンドリカルレンズ
１４…第１反射ミラー
１５…第２反射ミラー
１６…結像レンズ
１７…ラインＣＣＤ（本発明の画素ＣＣＤ）
１８…測定用凹部
２０…透明部材
２１…二次元ＣＣＤ（本発明の画素ＣＣＤ）
２２…コイルばね５の陰影像
Ｌ…陰影像
Ｍ…使用頻度の少ないスケール部分
Ｙ…コイルばね５の中心軸
Ｗ…線材

Claims (3)

1. ばね製造装置で製作されたコイルばねの基端側を、前記ばね製造装置で保持して前記コイルばねの自由長を測定するための寸法測定装置であって、
   該寸法測定装置本体内で測定光を放射する測定光源と、
   該測定光源からの測定光を平行に透過させるコリメータレンズと、
   該コリメータレンズを透過した測定光を反射する第１反射ミラーと、
   該第１反射ミラーで反射した測定光を反射する第２反射ミラーと、
   該第２反射ミラーで反射した測定光を集光して透過させる結像レンズと、
   該結像レンズを透過した測定光を結像として投影する画素ＣＣＤとにより測定手段を構成し、
   前記寸法測定装置本体の前記第１反射ミラーと第２反射ミラーとの間を窪ませて、この窪み部分を前記コイルばねの先端側を収容する測定用凹部となし、
   前記第１反射ミラーから前記第２反射ミラーに投射される前記測定光を、前記測定用凹部に位置させた前記コイルばねの先端側に照射する
   ことを特徴とするコイルばねの寸法測定装置。
2. 前記画素ＣＣＤが、ラインＣＣＤまたは二次元ＣＣＤである
   ことを特徴とする請求項１に記載のコイルばねの寸法測定装置。
3. 前記コリメータレンズと前記第１反射ミラーとの間の前記測定光の光路に、シリンドリカルレンズを配設した
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のコイルばねの寸法測定装置。

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