JP2017166982A - 円形部材の内周長測定装置 - Google Patents

円形部材の内周長測定装置 Download PDF

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Abstract

【課題】円形部材に不要な負荷を与えることなく、精度よく内周長を測定できる円形部材の内周長測定装置を提供する。
【解決手段】置台４に無拘束状態で平置きした円形部材１２の内周面１２ａに対向して二次元センサ８を所定の測定位置に配置し、円形部材１２の内側の所定位置の回転軸９を中心にして二次元センサ８を回転させることにより、二次元センサ８から内周面１２ａまで離間距離ｄを円形部材１２の全周の範囲で、円形部材１２に非接触で測定し、測定した離間距離ｄと、平面視の回転軸９と二次元センサ８との距離ｗと、に基づいて演算部１１により円形部材１２の内周長Ｌを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、円形部材の内周長測定装置に関し、さらに詳しくは、円形部材に不要な負荷を与えることなく、精度よく内周長を測定できる円形部材の内周長測定装置に関するものである。
タイヤ等のゴム製品の製造工程では、ビード部材や円筒形状のゴム部材など、様々な円形部材（円筒部材および円環部材）が使用されている。これら円形部材の内周長は設計上の設定値がある。しかしながら、実物の円形部材の内周長は、製造誤差等に起因して予め設定された設定値に対してズレが生じる。このズレ量が許容範囲内であれば問題はないが、許容範囲を外れる場合には、この円形部材を用いて製造したゴム製品の品質に悪影響が生じ易くなる。そのため、円形部材の内周長を測定して把握する必要がある。
従来、円環状のビード部材の内周長の測定装置が種々提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１で提案されている装置では、半円柱状の２つの分割体で構成された円柱状の測定台をビード部材の内側に配置する。ビード部材の内周長を測定する際には、互いの分割体を離間する方向に移動させて、それぞれ分割体の外周面をビード部材の内周面に密着させた状態にする。この時の互いの分割体の離間距離と、分割体の外周面に周長とに基づいてビード部材の内周長を測定する。分割体の外周面をビード部材の内周面に密着させた状態にすることにより、ビード部材には拡径させる力が付与されるので変形が生じる。そのため、内周長の測定精度を向上させるには不利になる。
特許文献２で提案されている装置では、ビード部材の内周面に直接、ローラを押圧して接触させる。そして、このローラをビード部材の内周面の上で転動させて周方向に１回転させる。この際のローラの回転数に基づいてビード部材の内周長を測定する。ビード部材の内周面はローラによって直接、押圧されるため、変形が生じる。それ故、内周長の測定精度を向上させるには不利になる。
特開２０１２−１５００１３号公報 特開平６−１１２８号公報
本発明の目的は、円形部材に不要な負荷を与えることなく、精度よく内周長を測定できる円形部材の内周長測定装置を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明の円形部材の内周長測定装置は、円形部材が載置される置台と、この置台に対して移動可能に設置されている二次元センサと、この二次元センサを回転させる回転駆動機構と、前記二次元センサによる測定データが入力される演算部とを備えて、前記置台に無拘束状態で平置きされた円形部材の内周面に対向して前記二次元センサが所定の測定位置に配置されて、前記円形部材の内側の所定位置を中心にして前記二次元センサを前記回転駆動機構により回転させることにより、前記二次元センサから前記内周面まで離間距離が前記円形部材の全周の範囲で、前記円形部材に非接触で測定され、測定された前記離間距離と、平面視の前記所定位置と前記二次元センサとの距離と、に基づいて前記演算部により前記円形部材の内周長が算出される構成にしたことを特徴とする。
本発明によれば、置台に無拘束の状態で平置きした円形部材の内周長が測定されて、その測定には、円形部材とは接触しない二次元センサを用いる。それ故、円形部材には不要な負荷が付与されず、強制的な変形が生じることがない。したがって、円形部材の内周長を精度よく測定するには有利になっている。
本発明の内周長測定装置を平面視で例示する説明図である。 図１の測定装置を側面視で例示する説明図である。 図２の測定装置の置台を起立させた状態を側面視で例示する説明図である。 二次元センサにより円形部材の内周面までの離間距離を測定している工程を平面視で例示する説明図である。 図４の工程を側面視で例示する説明図である。 内周長の算出方法を例示する説明図である。 測定装置の別の実施形態における二次元センサの周辺を側面視で例示する説明図である。
以下、本発明の円形部材の内周長測定装置を、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１、２に例示する本発明の円形部材の内周長測定装置１（以下、測定装置１という）を用いて、内周長を測定する対象になるのは、タイヤ等のゴム製品に使用されるビード部材や円筒形状のゴム部材など、様々な円形部材１２（円筒部材および円環部材）である。図１では、円形部材１２を二点鎖線で示している。測定時には１本の円形部材１２が測定装置１にセットされる。
測定装置１は、測定対象となる円形部材１２が載置される置台４と、置台４に対して移動可能に設置されている二次元センサ８と、二次元センサ８を回転させる回転駆動機構１０ａと、二次元センサ８による測定データが入力される演算部１１とを備えている。演算部１１としては種々のコンピュータ等を用いることができる。
水平状態の置台４には円形部材１２が無拘束状態で平置きされる。無拘束状態とは、円形部材１２に重力（自重）に起因する外力以外が作用していない状態である。この実施形態では、置台４が周方向に分割された複数の分割体５で形成されている。それぞれの分割体５は、その上面に上方に突出する凸状支持部６を有している。この凸状支持部６の上に円形部材１２が無拘束の状態で平置きされる。棒状の凸状支持部６は円形部材１２の半径方向に延在している。
置台４は複数の分割体５で形成せずに、分割されていない１つの板状体で形成してもよい。凸状支持部６の本数は、少なくとも３本にして、例えば３〜１２本の適宜の本数にする。
置台４はフレーム２に取り付けられている。フレーム２はベースフレーム２ａと可動フレーム２ｂとで構成され、可動フレーム２ｂの一端部はベースフレーム２ａに回転可能に接続されている。可動フレーム２ｂは起伏機構３によってベースフレーム２ａに対して起伏可能になっている。例えば、図３に示すように、可動フレーム２ｂは水平状態から鉛直になるまでの所定の角度範囲で起伏して起立状態になる。これに伴い、置台４も水平状態から起立した状態に起伏可能になっている。起伏機構３としては油圧シリンダ等を用いることができる。
置台４の表面には間隔をあけてその表面から突出する複数の突出部７が設けられている。それぞれの突出部７は出没機構７ａによって移動して、置台４の表面に対して出没可能になっている。出没機構７ａとしては、エアシリンダや油圧シリンダ等を用いることができる。２つの突出部７が組になって使用され、組みになる突出部７どうしの平面視の間隔および位置は、測定対象になる円形部材１２の内径に基づいて設定されている。
二次元センサ８は、平面視で置台４の中央部に配置されていて、置台４に平置きされた円形部材１２の内側に配置される。二次元センサ８は、水平移動機構１０ｂにより円形部材１２の半径方向に移動可能になっている。これにより、平置きされた円形部材１２の内周面１２ａに対向して配置された二次元センサ８は、内周面１２ａに対して近接および離反する方向に移動することができる。
二次元センサ８および水平移動機構１０ｂは、平面視で置台４の所定位置（例えば、置台４の中心）に配置されて上下に延在する回転軸９に支持されている。回転軸９は回転駆動機構１０ａによって、その軸心を中心に回転駆動される。これに伴い、二次元センサ８は回転軸９を中心にして回転駆動される。
二次元センサ８としてはレーザセンサを用いることができる。二次元センサ８は照射したレーザ光を内周面１２ａで反射させ、反射したレーザ光を受光することにより、二次元センサ８から内周面１２ａまでの離間距離ｄを円形部材１２に非接触で測定する。二次元センサ８は、レーザ光を内周面１２ａの一点だけに照射するのではなく、一度にある程度の長さの範囲に照射して、二次元センサ８と照射した範囲の内周面１２ａとの間の離間距離ｄを測定する。
二次元センサ８により測定された離間距離ｄは演算部１１に入力される。また、平面視の回転軸９（軸心）の位置と二次元センサ８との距離ｗも演算部１１に入力される。
以下、この測定装置１を用いて円形部材１２の内周長Ｌを測定する手順を説明する。
置台４に円形部材１２を平置きするには、まず、図３に例示するように、置台４を所定角度にして起立させた状態にする。そして、円形部材１２の内径に基づいて選択した２つの突出部７を置台４の表面から突出させた状態にする。水平に対する起立状態の置台４の傾斜角度は例えば、４５°以上７５°以下にする。
次いで、円形部材１２の内周面１２ａを置台４の表面から突出している２つ突出部７に係合させることにより、円形部材１２を置台４に移載する。これにより、円形部材１２は、内周面１２ａが２つの突出部７により支持されるとともに、下面１２ｂが凸状支持部６によって支持された状態になる。大型の円形部材１２の場合は、クレーン等を用いて移載する。
次いで、図２に例示するように、起伏機構３によって置台４を倒伏させて水平状態にする。その後、突出部７を置台４の表面下に没入させた状態にする。これにより、円形部材１２は置台４に無拘束の状態で平置きされる。
このようにして円形部材１２を起立した状態の置台４に移載することで、大型で重量の大きな円形部材１２であっても、比較的省スペースで置台４への移載作業を行うことができる。本発明により内周長Ｌを測定する円形部材１２の内径は特に限定されないが、例えば内径が５００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度であっても本発明を適用することができる。起立状態の置台４において２つの突出部７に円形部材１２の内周面を係合させることで、置台４に対して円形部材１２を位置決めすることができる。
そして、起立した状態の置台４を水平状態にすれば、置台４に対して所望の位置に位置決めした状態で円形部材１２を平置きすることができる。したがって、平置きした際に円形部材１２を所望の位置に位置決めできる位置に、平面視での置台４における突出部７の位置を設定する。例えば、平置きした際の円形部材１２の円中心の位置が、回転軸９の位置から２０ｍｍ以下の範囲になるように、平面視での置台４における突出部７の位置を設定する。また、組となって使用する２つの突出部７の平面視の間隔が狭すぎると、起立状態の置台４では円形部材１２を安定して保持し難くなるので、互いの突出部７の間には適度な間隔を確保する。
円形部材１２の内径が異なれば、平置きした際に円形部材１２を所望の位置に位置決めするための突出部７の位置が異なる。そこで、例えば、円形部材１２の内径のサイズ毎に、使用する２つの突出部７の適切な平面視の位置および間隔を設定し、その適切な位置に突出部７を設置するとよい。この実施形態では、そのように２つの突出部７の平面視の位置および間隔を適切に設定することにより、内径サイズが異なる円形部材１２であっても、平置きした際に円形部材１２の円中心が概ね回転軸９の位置になるように設定されている。内径サイズが異なる種々の円形部材１２を、置台４に対して所望の位置に精度よく位置決めして平置きすることができるので、高い汎用性を有している。
次いで、円形部材１２の内周面１２ａに対向する二次元センサ８を、必要に応じて内周面１２ａに向かって水平移動機構１０ｂにより移動させて所定の測定位置で停止させる。即ち、内周面１２ａが二次元センサ８による測定可能範囲に入るように二次元センサ８を移動させる。したがって、置台４に無拘束の状態で平置きされている円形部材１２の内周面１２ａが、当初の位置にある二次元センサ８の測定可能範囲にあるならば、二次元センサ８を水平移動機構１０ｂによって移動させる必要はない。水平移動機構１０ｂを採用することで、内径サイズの異なる様々な円形部材１２に対して二次元センサ８を容易に測定可能範囲にセットすることができる。
次いで、図４、図５に例示するように、所定の測定位置に位置決めした二次元センサ８を回転軸９を中心にして回転させつつ、二次元センサ８から内周面１２ａまでの離間距離ｄを測定し、円形部材１２の全周の範囲で離間距離ｄを測定する。測定した離間距離ｄは演算部１１に入力される。平面視の回転軸９と所定の測定位置にある二次元センサ８との距離ｗは把握できるので、この距離ｗも演算部１１に入力される。したがって、平面視の回転軸９の軸心から内周面１２ａまでの距離（ｗ＋ｄ）を、円形部材１２の全周の範囲で把握することができる。
ここで、ある位置で離間距離ｄを測定してから次の位置で離間距離ｄを測定するまでに二次元センサ８が回転軸９を中心にして回転する角度は微小角度Ａ（ｒａｄ）である。例えば、この微小角度Ａは、２π／１５０００（ｒａｄ）程度である。
円形部材１２の内周長Ｌを算出する方法は幾つかあるが、例えば次のとおり算出する。図６に例示するように、回転軸９の軸心を原点として、二次元センサ８が検知する円形部材１２の内周面１２ａ上の任意の位置Ｐ１（Ｘ，Ｙ）と、位置Ｐの次に検知する位置Ｐ２（ｘ，ｙ）とを想定する。平面視の回転軸９の軸心から位置Ｐ１までの距離をｗ＋ｄ１とし、回転軸９の軸心から位置Ｐ２までの距離をｗ＋ｄ２とする。基準点Ｃから位置Ｐ１までの回転角度をθとすると、位置Ｐ１（Ｘ，Ｙ）の座標は、Ｘ＝（ｗ＋ｄ１）ｃｏｓθ、Ｙ＝（ｗ＋ｄ１）ｓｉｎθとなる。位置Ｐ２（ｘ，ｙ）の座標は、ｘ＝（ｗ＋ｄ２）ｃｏｓ（θ＋Ａ）、ｙ＝（ｗ＋ｄ２）ｓｉｎ（θ＋Ａ）となる。基準点Ｃの座標、回転角度θ、微小角度Ａ、距離（ｗ＋ｄ１）、（ｗ＋ｄ２）は把握できるので、位置Ｐ１（Ｘ，Ｙ）と位置Ｐ２（ｘ、ｙ）の座標は求めることができる。微小角度Ａでの微小内周長Ｌ１は、Ｌ１＝｛（Ｘ―ｘ）2＋（Ｙ−ｙ）2｝1/2と近似できる。そこで、演算部１１では、この微小内周長Ｌ１を、円形部材１２の全周で積算することにより内周長Ｌを算出する。尚、図６では、微小角度Ａを説明のため実際よりも誇張して大きな角度で記載している。
二次元センサ８では、一度に上下方向の所定長さ範囲にレーザ光を照射して、二次元センサ８と照射した範囲の内周面１２ａとの間の離間距離ｄを測定している。そこで、内周長Ｌを算出する際の離間距離ｄとしては、例えば、内周面１２ａの上下方向中心位置での離間距離ｄや所定の上下方向位置での離間距離ｄなど、任意の上下方向位置での離間距離ｄを採用することができる。
上述したように本発明によれば、置台４に無拘束の状態で平置きした円形部材１２の内周長Ｌを円形部材１２とは非接触な二次元センサ８を用いて測定する。それ故、円形部材１２には不要な負荷が付与されることがなく、強制的な変形は生じない。したがって、円形部材１２の内周長Ｌを精度よく測定するには有利になっている。
この実施形態では、無拘束の状態で置台４に平置きされた円形部材１２に隣接する置台４の隣接部分の表面が、二次元センサ８が照射するレーザ光に対して乱反射する低反射面６ａで構成されている。具体的には、凸状支持部６の上面および内周側端面は、表面を微小凹凸にするブラスト処理などが施された低反射面６ａになっている。これにより、凸状支持部６の上面および内周側端面にレーザ光が当たっても乱反射するので二次元センサ８に受光されることがない。これに伴い、ピンポイントではなく、ある程度の範囲にレーザ光を照射する二次元センサ８であっても、離間距離ｄを測定する際の測定ノイズを低減することができる。
離間距離ｄを二次元センサ８により測定する際には、突出部７は置台４の表面下に没入している。そのため、二次元センサ８が照射するレーザ光を突出部７が遮断して邪魔になることはない。
また、円形部材１２が上方に突出する凸状支持部６に支持されているので、二次元センサ８の測定中心と円形部材１２の内周面１２ａの上下方向中心とを位置合わせし易くなっている。そして、円形部材１２の凸状支持部６に支持されていない部分では、内周面１２ａは空中に浮いた状態になるため、内周面１２ａに隣接する置台４の隣接部分が最小限になる。これに伴い、二次元センサ８により離間距離ｄを測定する際の測定ノイズを低減するには有利になっている。
置台４は起伏可能な構成にすることなく、水平状態のままの置台４を採用することもできる。この仕様の場合は、フレーム２の水平に固定された上面（枠組み）に置台４が設置される。この置台４に対して、横倒し状態の円形部材１２を載置する。大型の円形部材１２の場合は、クレーン等によって円形部材１２を横倒し状態で吊って置台４に移載する。
図７に例示する測定装置１の別の実施形態は、先の実施形態に対して上下移動機構１０ｃが追加されているだけで、その他の構成は同じである。上下移動機構１０ｃは、二次元センサ８を上下方向に移動させる。
上下移動機構１０ｃとしては、油圧シリンダ等を用いることができる。内周長Ｌを測定する前に、二次元センサ８は上下移動機構１０ｃにより円形部材１２の内周面１２ａと対向する位置に位置決めされる。このようにして測定位置に位置決めされた二次元センサ８は、回転軸９を中心にして回転しつつ、二次元センサ８から内周面１２ａまでの離間距離ｄを測定し、円形部材１２の全周の範囲で離間距離ｄを測定する。円形部材１２の内周長Ｌを算出する方法は先の実施形態と同様である。
この実施形態では、二次元センサ８を内周面１２ａの上下位置に応じて所望の位置に精度よく位置決めすることができる。測定をしない場合は、例えば、二次元センサ８を置台４の表面やフレーム２の表面よりも下方位置に移動させて待機させる。これにより、移動中の円形部材１２やその他の物が二次元センサ８に衝突して損傷する等のトラブルを回避できる。
１ 測定装置
２ フレーム
２ａ ベースフレーム
２ｂ 可動フレーム
３ 起伏機構
４ 置台
５ 分割体
６ 凸状支持部
６ａ 低反射面
７ 突出部
７ａ 出没機構
８ 二次元センサ
９ 回転軸
１０ａ 回転駆動機構
１０ｂ 水平移動機構
１０ｃ 上下移動機構
１１ 演算部
１２ 円形部材
１２ａ 内周面
１２ｂ 下面
上記目的を達成するため本発明の円形部材の内周長測定装置は、円形部材が載置される置台と、この置台に対して移動可能に設置されている二次元センサと、この二次元センサを回転させる回転駆動機構と、前記二次元センサによる測定データが入力される演算部とを備えて、前記置台が上面に上方に突出する凸状支持部を有し、この凸状支持部の上に前記円形部材が無拘束の状態で平置きされる構成にして、前記置台に無拘束状態で平置きされた前記円形部材の内周面に対向して前記二次元センサが所定の測定位置に配置されて、前記円形部材の内側の所定位置を中心にして前記二次元センサを前記回転駆動機構により回転させることにより、前記二次元センサから前記内周面まで離間距離が前記円形部材の全周の範囲で、前記円形部材に非接触で測定され、測定された前記離間距離と、平面視の前記所定位置と前記二次元センサとの距離と、に基づいて前記演算部により前記円形部材の内周長が算出される構成にしたことを特徴とする。

Claims (3)

  1. 円形部材が載置される置台と、この置台に対して移動可能に設置されている二次元センサと、この二次元センサを回転させる回転駆動機構と、前記二次元センサによる測定データが入力される演算部とを備えて、
    前記置台に無拘束状態で平置きされた円形部材の内周面に対向して前記二次元センサが所定の測定位置に配置されて、前記円形部材の内側の所定位置を中心にして前記二次元センサを前記回転駆動機構により回転させることにより、前記二次元センサから前記内周面まで離間距離が前記円形部材の全周の範囲で、前記円形部材に非接触で測定され、測定された前記離間距離と、平面視の前記所定位置と前記二次元センサとの距離と、に基づいて前記演算部により前記円形部材の内周長が算出される構成にしたことを特徴とする円形部材の内周長測定装置。
  2. 前記二次元センサを水平方向に移動させる水平移動機構を有し、この水平移動機構により前記二次元センサが平面視で前記測定位置に位置決めされる構成にした請求項１に記載の円形部材の内周長測定装置。
  3. 前記二次元センサを上下方向に移動させる上下移動機構を有し、この上下移動機構により前記二次元センサが前記内周面と対向する位置に位置決めされる構成にした請求項１または２に記載の円形部材の内周長測定装置。
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