JP2012145441A

JP2012145441A - ワーク寸法測定装置

Info

Publication number: JP2012145441A
Application number: JP2011003975A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tomimatsu; 正宏冨松; Yoji Ozawa; 陽二小澤; Kunikazu Ikuma; 久二和伊熊
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; OHM Electric Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; OHM Electric Co Ltd
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: JP5535095B2

Abstract

【課題】円形ワーク等を含む種々のワークの形状を短時間で簡易かつ正確に測定できるワーク寸法測定装置を提供する。
【解決手段】ワークＷを挟んで両側に位置させられ、ワークＷに向けて一定長の線状レーザ光Ｌを照射する一対のレーザ変位計４Ａ，４Ｂと、これらレーザ変位計４Ａ，４Ｂを互いに対向する方向で離間ないし接近方向へ移動させるスライダ機構２Ａ，２Ｂと、ワークＷに照射された線状レーザ光ＬがワークＷの表面に線像を生じさせた際の移動距離に基づいてワークＷの外形寸法を算出するパソコン６とを備える。ワークＷは円形であり、その外周面に生じる線像は頂点を有する円弧状をなし、パソコン６は上記移動距離と頂点の位置に基づいてワークＷの外径を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明はワークの外形寸法を迅速かつ正確に測定できるワーク寸法測定装置に関する。

ワーク外形を自動測定する測定装置としては特許文献１に示すようなものが知られている。これは三次元空間を移動可能としたＺ軸スピンドルの先端にタッチセンサを設けたものである。また、特許文献２には、測定寸法方向へ移動可能に配設した一対のＣＣＤカメラの光学的中心軸をワークの測定対象部の端に一致させることによってワークの平面的寸法を測定するものが示されている。さらに、特許文献３には、平行光線をワークに照射して、ワークの背後と側方にそれぞれ設置したＣＣＤ受光器の受光状況からワークの寸法を測定するものが示されている。

特開平７−１５９１５１特開平７−２９４２１９特開２００７−１７２０２

しかし、特許文献１に記載の装置では正確なワーク外形を得ようとするとタッチセンサをかなり多くのワーク外形点に順次接触させる必要があって測定に時間を要するという問題がある。また、特許文献２に記載の装置では帯状ワークの幅寸法等を測定することはできるが、円形ワーク等の直径を正確に測定することは困難である。さらに特許文献３に記載の装置ではワークの背後や側方に複数設けたＣＣＤ受光器の受光状況を判定するアルゴリズムが比較的複雑であるという問題がある。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、円形ワーク等を含む種々のワークの形状を短時間で簡易かつ正確に測定できるワーク寸法測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、ワーク（Ｗ）を挟んで両側に位置させられ、ワーク（Ｗ）に向けて一定長の線状レーザ光（Ｌ）を照射する一対のレーザ光照射手段（４Ａ，４Ｂ）と、これらレーザ光照射手段（４Ａ，４Ｂ）を互いに対向する方向で離間ないし接近方向へ移動させる移動駆動手段（２Ａ，２Ｂ）と、ワーク（Ｗ）に照射された線状レーザ光（Ｌ）がワーク（Ｗ）の表面に線像（Ｍ）を生じさせた際の移動距離に基づいてワーク（Ｗ）の外形寸法を算出する外形算出手段（６）とを備える。

本第１発明においては、レーザ光照射手段からワークに照射された線状レーザ光がワークの表面に線像を生じさせた際の移動距離に基づいてワークの外形寸法を算出しているから、ワークの形状を短時間で簡易かつ正確に測定できる。

本第２発明では、ワーク（Ｗ）は円形であり、その外周面に生じる線像（Ｍ）は頂点（Ｍ１）を有する円弧状をなし、外形算出手段（６）は上記移動距離と頂点（Ｍ１）の位置に基づいてワーク（Ｗ）の外径を算出するものである。

本第２発明においては、レーザ光照射手段によって頂点を有する円弧状の線像を生じさせ、線像を生じさせた際の移動距離と頂点の位置より円形ワークの外径を短時間で簡易かつ正確に測定できる。

本第３発明では、移動駆動手段（２Ａ，２Ｂ）によって互いに対向する方向で離間ないし接近方向へ移動させられる一対の接触式検知器（５Ａ，５Ｂ）を設け、外形算出手段（６）は頂点（Ｍ１）間を結ぶ線上で接触式検知器（５Ａ，５Ｂ）がワーク（Ｗ）の内周面に接触した際の移動距離よりワーク（Ｗ）の内径を算出するものである。

本第３発明においては、線像の頂点を結ぶ線上で接触式検知器がワークの内周面に接触した際の移動距離よりワークの内径を短時間で簡易かつ正確に測定できる。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明のワーク寸法測定装置によれば、円形ワーク等を含む種々のワークの形状を短時間で簡易かつ正確に測定することができる。

ワーク測定装置の全体側面図である。外径測定時の円形ワークの平面図である。内径測定時の円形ワークの平面図である。他の円形ワークの側面図である。他の円形ワークの側面図である。他の円形ワークの側面図である。

図１にはワーク測定装置の側面図を示す。図１において、一定幅の長板状の基体１には下面の両側に長手方向へ延びる移動駆動手段としてのスライダ機構２Ａ，２Ｂが設けられている。スライダ機構２Ａ，２Ｂは本実施形態では基体１を長手方向へ等分する同一長としてあり、小間隙をおいて対向位置している。各スライダ機構２Ａ，２Ｂには支持部材３Ａ，３Ｂが垂設されており、これら支持部材３Ａ，３Ｂにはそれぞれレーザ光照射手段たるレーザ変位計（例えば（株）キーエンス製ＬＪ−Ｇ０８０）４Ａ，４Ｂが互いに対向させて設けてある。

レーザ変位計４Ａ，４Ｂは、一定長の線状レーザ光を出力するレーザ出力器４１と、線状レーザ光の反射光を受光するＣＣＤ受光器４２を備えている。また、各支持部材３Ａ，３Ｂには側面に接触式検知器たるタッチプローブ５Ａ，５Ｂが設けられて、その接触子５１が下方へ突出している。ＣＣＤ受光器４２およびタッチプローブ５Ａ，５Ｂの出力信号は外形算出手段としてのパソコン６に入力している。なお、上記スライド機構２Ａ，２Ｂの駆動モータ２１がパソコン６の出力信号で制御されるようになっている。

上記支持部材３Ａ，３Ｂの移動位置はスライダ機構２Ａ，２Ｂ内に設けたリニアスケール（図示略）によって検出されている。また、基体１は中央上面がロボットアームＨに結合されており、ロボットアームＨによって、支持台Ｓ上に載置されたワークＷに対して予めティーチングされた所定の位置に位置決めされる。すなわち各支持部材３Ａ，３Ｂが基体１の中央から遠い外端にあるときに、これら支持部材３Ａ，３ＢがワークＷの中心線から大きくずれない範囲で、ワークＷを挟んでその両側に位置するように基体１が水平姿勢で位置決めされる。

ワークＷが円形の場合は、左右の支持部材３Ａ，３Ｂを互いに接近する方向へ移動させて、図１に示すように線状レーザ光ＬをワークＷの外周面に照射する。支持部材３Ａ，３Ｂは、レーザ出力器４１の光軸とＣＣＤ受光器４２の光軸が交差する点がワークＷの外周面上になる距離までワークＷの外周面に接近させられる。そして、図２に示すように、この時ワークＷの外周面に生じた線像Ｍが各レーザ変位計４Ａ，４ＢのＣＣＤ受光器４２で捉えられる。線像Ｍは、ロボットアームＨの軸心を中心に回転することで図２に示すようにワークＷの外周面に沿った円弧となる。

この円弧は頂点Ｍ１を有するから、左右のＣＣＤ受光器４２で捉えられた各線像Ｍの頂点Ｍ１を結ぶ線がワークＷの中心Ｏを通る中心線Ｃであり、上記頂点Ｍ１を結ぶ線の長さがワークＷの外径Ｄとなる。そこで、パソコン６内では、両支持部材３Ａ，３Ｂが移動した際の、基体１の中央から両支持部材３Ａ，３Ｂまでの距離Ｙｌ，Ｙｒ（図１）と、レーザ変位計４Ａ，４Ｂの寸法Ｘ、および各レーザ変位計４Ａ，４Ｂから頂点Ｍ１までの、基体１の長手方向に沿った距離Ｓｌ，Ｓｒから以下の計算式（１）で円形ワークの直径Ｄを算出する。なお、ワークＷの周方向の複数個所で直径Ｄを算出する必要がある場合にはロボットアームＨの軸心を中心に左右の支持部材３Ａ，３Ｂを適当角度旋回させることによって行う。
Ｄ＝Ｙｌ−（Ｓｌ＋Ｘ）＋Ｙｒ−（Ｓｒ＋Ｘ）
＝Ｙｌ＋Ｙｒ−（Ｓｌ＋Ｓｒ＋２Ｘ） …（１）

ワークＷの内径Ｅを測定する必要がある場合には、各支持部材３Ａ，３Ｂを基体１の中央に近い内端へ移動させた状態で、左右のタッチプローブ５Ａ，５Ｂを結ぶ線が、上述の方法で検出されたワークＷの中心線Ｃと一致するようにロボットアームＨによって基体１を平行移動させる（図３）。そして、スライダ機構２Ａ、２Ｂにより各支持部材３Ａ，３Ｂを、タッチプローブ５Ａ，５Ｂの接触子５１がワークＷの内周面に当接するまで互いに外方へ移動させ、この間の支持部材３Ａ，３Ｂの移動距離からパソコン６内でワークＷの内径Ｅを算出する。このようにタッチプローブ５Ａ，５Ｂの接触子５１をワークＷの内周面に一回接触させるだけでその内径Ｅを迅速かつ正確に測定することができる。

以上のように、本実施形態のワーク寸法測定装置によれば、円形ワークＷの外径Ｄと内径Ｅを短時間で簡易かつ正確に測定することができる。本実施形態のワーク寸法測定装置は、例えばスパッタリングターゲット（ターゲット材）のようなワークＷの各部寸法を迅速かつ正確に測定することができる。例えば、図４に示す凹陥部のある円形ワークＷの場合、ワークＷの厚み寸法Ｊ，Ｋは基体１の姿勢を垂直にして、スライダ機構２Ａ、２Ｂにより各支持部材３Ａ，３Ｂ上のレーザ変位計４Ａ，４Ｂを上下方向からワークＷを挟むように接近させることによって測定する。なお、この場合の線像は頂点の無い直線状のものとなり、各ＣＣＤ受光器４２で得られた直線間の距離がワークＷの厚み寸法Ｊ，Ｋとなる。外径Ｄ１，Ｄ２および内径Ｅは基体１の姿勢を水平に戻して上述の方法で迅速に測定できる。

また、図５に示すような段付きの円形ワークＷについても、その厚みＪ，Ｋ、外径Ｄ１，Ｄ２を上述の方法で迅速に測定でき、さらには図６に示すような円錐台形ワークＷについてもその厚みＪと外径Ｄを上述の方法で迅速に測定できる。

１…基体、２Ａ，２Ｂ…スライダ機構（移動駆動手段）、４Ａ，４Ｂ…レーザ変位計（レーザ光照射手段）、５Ａ，５Ｂ‥タッチプローブ（接触式検知器）、６…パソコン（外形算出手段）、Ｈ‥ロボットアーム、Ｌ…線状レーザ光、Ｍ‥線像、Ｍ１…頂点、Ｗ…ワーク。

Claims

ワークを挟んで両側に位置させられ、前記ワークに向けて一定長の線状レーザ光を照射する一対のレーザ光照射手段と、これらレーザ光照射手段を互いに対向する方向で離間ないし接近方向へ移動させる移動駆動手段と、前記ワークに照射された前記線状レーザ光が前記ワークの表面に線像を生じさせた際の移動距離に基づいて前記ワークの外形寸法を算出する外形算出手段とを備えるワーク寸法測定装置。
前記ワークは円形であり、その外周面に生じる前記線像は頂点を有する円弧状をなし、前記外形算出手段は前記移動距離と前記頂点の位置に基づいて前記ワークの外径を算出するものである請求項１に記載のワーク寸法測定装置。
前記移動駆動手段によって互いに対向する方向で離間ないし接近方向へ移動させられる一対の接触式検知器を設け、前記外形算出手段は前記頂点間を結ぶ線上で前記接触式検知器が前記ワークの内周面に接触した際の移動距離より前記ワークの内径を算出するものである請求項２に記載のワーク寸法測定装置。